TELOMERES, CANCER, AGING & LIFESTYLE

Dr DEVANAND NATHMD, M.P.Ed.

CONSULTANT FORTIS HOSPITAL

TELOMERE

• A telomere is a  region of  repetitive nucleotide sequences  at  each  end  of  a  chromosome, which  protects  the  end  of  the  chromosome from  deterioration  or  from  fusion  with neighboring chromosomes 

• For vertebrates, the sequence of nucleotides in telomeres  is  TTAGGG.  This  sequence  of TTAGGG is repeated approximately 2,500 times in humans. Plants also have similar telomeres.

STRUCTURE

• Telomeres are the protective caps on the ends of chromosomes. In young humans, telomeres are about 8,000-10,000 nucleotides long. They shorten with  each  cell  division,  however,  and when they reach a critical length the cell stops dividing or dies. This  internal “clock” makes  it difficult  to  keep  most  cells  growing  in  a laboratory for more than a few cell doublings. 

TELOMERE

DISCOVERY

• Elizabeth Blackburn,  Carol Greider,  and Jack Szostak were  awarded  the  2009 Nobel Prize in Physiology or Medicine for  the  discovery  of  how chromosomes  are  protected  by  telomeres  and  the enzyme telomerase.

• Telomeres  allow  a cell to  distinguish  between natural chromosome ends  and  chromosome breaks  in order to delay the cell cycle and repair the broken end. Telomeres  also  compensate  for  the  inability  of DNA polymerase to replicate the chromosome completely. 

HAYFLICK LIMIT

•  Cells  stop  dividing  after  a  limited  number  of divisions.  In humans this  occurs  on  average, after 52 divisions, known as the Hayflick limit. The cell is then referred to as senescent. Cells stop  dividing  because  the telomeres, protective  bits  of  DNA  on  the  end  of  a chromosome required  for  replication, shorten with each copy, eventually being consumed.

TELOMERASE

• Over  time,  due  to  each  cell  division,  the telomere  ends  become  shorter. They  are replenished  by  an  enzyme, telomerase reverse transcriptase.

• Shelterin  is  a  group  of  proteins  that  acts  as both  a  positive  and  negative  regulator  of telomere length and as a negative regulator of telomerase enzyme activity  

TELOMERASE

• Embryonic stem cells express  telomerase, which  allows  them  to  divide  repeatedly  and form  the  individual.  In  adults,  telomerase  is highly  expressed  only  in  cells  that  need  to divide  regularly  especially  in male  germ  cells but also in activated lymphocytes and certain adult stem cells,  whereas  other  somatic cells do not express it 

TELOMERASE

TELOMERES AND CANCER

• Cancer cells  have  an enzyme called telomerase, present  in  large  quantities  that  rebuilds  the telomeres, allowing division to continue indefinitely.

• Telomere  shortening  may  also  prevent  the development  of cancer in  human  aged  cells  by limiting  the  number  of  cell  divisions.  However, shortening  of  telomeres  impairs  immune  function and thus might also increase susceptibility to cancer. 

Alternative Lengthening of Telomeres 

• However, 5–10% of human cancers activate the Alternative Lengthening of Telomeres (ALT) pathway, which relies on recombination-mediated elongation 

TELOMERES & BREAST CANCER

• In the Long Island Breast Cancer Study Project (LIBCSP),  authors  found  a  moderate  increase in  breast  cancer  risk  among women with  the shortest telomeres and lower dietary intake of beta  carotene,  vitamin  C  or  E. These  results suggest  that  cancer  risk  due  to  telomere shortening  may  interact  with  other mechanisms  of  DNA  damage,  specifically oxidative stress. 

TELOMERES & AGING

• Premature  aging  syndromes  including Werner syndrome, Ataxia telangiectasia, Ataxia-telangiectasia  like  disorder, Bloom syndrome, Fanconi anemia and Nijmegen breakage syndrome are  associated with short telomeres 

TELOMERES & LIFESTYLE

• A  2013  pilot  study  from UCSF   showed benefits  of  lifestyle  changes  that  included:  a plant-based diet (high in fruits, vegetables and unrefined  grains,  and  low  in  fat  and  refined carbohydrates); moderate exercise (walking 30 minutes  a  day,  six  days  a  week);  stress reduction  (gentle  yoga-based  stretching, breathing,  meditation)"  and  also  "weekly group support". 

FACTORS PROTECTING TELOMERES 

• Dietary intake of antioxidants reduces the rate of telomere shortening include antioxidants, fiber, soy protein and healthy fats (derived from avocados, fish, and nuts) in our diet.

• Foods such as tuna, salmon, herring, mackerel, halibut, anchovies, cat-fish, grouper, flounder, flax seeds, chia seeds, sesame seeds, kiwi, black raspberries, lingonberry, green tea, broccoli, sprouts, red grapes, tomatoes, olive fruit, and other vitamin C-rich and E-rich foods are a good source of antioxidants

• Impact of fiber, fat, and protein on telomeres• Dietary calorie restriction reduces the pace of

aging

FACTORS PROTECTING TELOMERES 

• A controlled body weight: stay lean, active, healthy through regular moderate exercise.

• Avoid pollutants.• Manage stress.• Meditation. 

FACTORS DAMAGING TELOMERES

• In vitro studies have shown that telomeres are highly  susceptible  to oxidative stress,  and Richter  and  Zglinicki  presented  evidence  that oxidative  stress-mediated  DNA  damage  is  an important determinant of telomere shortening 

• Smoking,  exposure  to  pollution,  a  lack  of physical  activity,  obesity,  stress,  and  an unhealthy  diet  increase  oxidative  burden  and the rate of telomere shortening 

TELOMERES AND STRESS

• Blackburn also discovered that mothers caring  for very sick  children have  shorter  telomeres when  they  report that  their  emotional  stress  is  at  a  maximum  and  that telomerase  was  active  at  the  site  of  blockages  in coronary  artery  tissue,  possibly  accelerating  heart attacks.

• In  2009,  it was  shown  that  the  amount  of  telomerase activity  significantly  increased  following  psychological stress. Across the sample of patients telomerase activity in increased peripheral blood mononuclear cells by 18% one hour after the end of the stress.

STRESS & DIABETES

• A  study  in  2010  found  that  there  was "significantly  greater"  telomerase  activity  in participants than controls after a three-month meditation retreat.

• Telomerase  deficiency  has  been  linked  to diabetes mellitus  and  impaired insulin secretion  in  mice,  due  to  loss  of  pancreatic insulin-producing cells.

AVOIDING SEDENTARY HABITS

• A  2014  study  entitled  "Stand  up  for  health” has  found  that  avoiding  sedentary  behaviour might lengthen your telomeres, irrespective of the time spent on exercise.

• Telomere shortening is reversed in hibernation and  aging  is  slowed  (Turbill,  et  al.  2012  & 2013). That could be the secret of Rushi-munis who lived long years in Himalayas.

MODERATE EXERCISE

• Few  reports  have  described  the  beneficial effects of physical activity, exercise training, or acute  exercise  on  telomerase,  shelterin,  and other telomere-associated proteins 

• In  contrast,  several  lines  of  evidence  in  both immune cells and skeletal muscle indicate that telomeres may actually shorten in response to long-term high-intensity endurance training. 

THE FUTURE

• Three  routes  have  been  proposed  to  reverse telomere  shortening:  drugs,  gene  therapy,  or metabolic  suppression,  so-called, torpor/hibernation. 

• Targeting  telomerase  immunologically  in cancer therapy by vaccines.

    THANK YOU !

devanandnath@gmail.com7715065555