複製細胞老化は、細胞が生物の生涯を通じて有限の回数分裂することを可能にする細胞の特性であり、過剰な増殖を防ぎます。複製老化は、テロメア(染色体の末端に見られる短く反復的なDNA配列)の段階的な喪失に関連しています。テロメアはタンパク質のグループに結合して、染色体の末端に保護キャップを形成します。胚性幹細胞は、テロメラーゼ(テロメアリピート配列を追加し、反復的な細胞分裂を可能にする酵素)を発現します。しかし、成人では、テロメラーゼは定期的に分裂する必要がある細胞でのみ活性があります。

テロメラーゼはほとんどのヒト体細胞では不活性であるため、テロメアの長さは細胞分裂ごとに減少します。臨界長を過ぎると、テロメアの短縮は細胞周期の永久停止につながります。このメカニズムは、腫瘍の異常な増殖を制限することにより、がんの発生から保護すると考えられています。しかし、まれな変異によりテロメラーゼが活性化され、テロメア領域が再構築され、細胞が増殖できるようになります。したがって、テロメラーゼは、ほとんどのがん細胞がテロメラーゼを発現し、正常細胞は発現しないため、特定の抗がん療法の完璧な標的です。

テロメアの長さと腫瘍形成との関係は、発がん性マウスを用いて実験的に検証されています。発がん性マウスは、発がん性遺伝子を持つマウスモデルです。このような発がん性マウスを、テロメラーゼ活性を欠くテロメラーゼ欠損マウスと交配すると、得られた子孫マウスは発がん性の親マウスよりも短いテロメアを発現します。これらの子孫マウスは、交配すると、テロメアが徐々に短くなる連続した世代を生成します。腫瘍形成の頻度は、子孫マウスを世代ごとに発がん性物質で治療することによって研究されます。結果によると、テロメアが短い後期世代のマウスは、より長いテロメアを維持している初期世代のマウスと比較して、腫瘍形成の頻度が減少しています。これは、細胞の複製能力を制限することで腫瘍形成が抑制されることを証明しています。