Том 1 (Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (PDF)), страница 105

Эта неполная, отстающая нить, как предполагается,завершается ДНК-полимеразой α, которая несет ДНК-праймазу в качестве одной из своих субъединиц.Приведенная в назидание теломерная последовательность присуща ресничной инфузории Tetrahymena,на которой эти реакции и были открыты.тканях, что должны восполняться на протяжении всей жизни, — например, вкостном мозге или коже, — сохраняют полную теломеразную активность.

Однако в клетках многих других типов уровень теломеразы снижается, и фермент невполне поспевает за дублированием хромосом. Такие клетки при каждом делениитеряют по 100–200 нуклеотидов в каждой теломере. По смене многих клеточныхпоколений клетки потомства унаследуют дефектные хромосомы (потому что ихконцы не смогут полностью реплицироваться) и, следовательно, навсегда выйдутиз клеточного цикла и прекратят делиться — этот процесс был назван репликационным старением клеток (обсудим его в главе 17).

Теоретически, такой механизммог бы послужить залогом от безудержной пролиферации аномальных клеток втканях организма и таким образом мог бы уберечь нас от рака.Гипотеза о том, что длина теломеры служит своего рода «измерительной шкалой» для отсчета делений клетки и, таким образом, регулирует время ее жизни,была проверена несколькими способами. Для некоторых типов клеток человека,выращенных в культуре тканей, результаты экспериментов подтверждают такуютеорию. Фибробласты человека обычно пролиферируют приблизительно в течение60 делений клеток в культуре, прежде чем наступит их репликационное старение.Глава 5. Репликация, репарация и рекомбинация ДНК 485Рис.

5.42. Т-петля на конце хромосомы млекопитающих. Электронный микрофотоснимок ДНК на концеинтерфазной хромосомы человека. Хромосома былазафиксирована, депротеинизирована и искусственноутолщена перед анализом. Наблюдаемая на данномснимке петля составляет приблизительно 15 000 парнуклеотидов в длину. Встраивание однонитевого 3'конца в дуплексы повторов с образованием t-петли,как думают, выполняется и поддерживается специализированными белками. (Заимствовано из J. D. Griffithet al., Cell 97: 503–514, 1999. С любезного разрешенияиздательства Elsevier.)Подобно большинству других соматическихклеток человека, фибробласты дают тольконизкие уровни теломеразы, и их теломерыпостепенно укорачиваются с каждым очередным делением.

Когда фибробластамобеспечивали дополнительную теломеразу путем вставки активного гена теломеразы, длина теломеры поддерживалась и многие клетки после этого продолжалинескончаемо делиться. Так что кажется очевидным, что в некоторых клеткахчеловека укорочение теломер может вести счет числу делений клетки и запускатьрепликационное старение.Рис. 5.43. Опыт, свидетельствующий о том, что клетки дрожжей контролируют длину своих теломер.В этом эксперименте теломеру на одном конце определенной хромосомы искусственно делали илидлиннее (слева), или короче (справа) средней.

После многих делений клеток на хромосоме восстанавливалась средняя длина теломеры и распределение длин, типичное для других хромосом в клеткедрожжей. Предполагают наличие подобного механизма обратной связи, управляющего длиной теломер,в клетках зародышевой линии животных.486Часть 2. Основные генетические механизмыБыло высказано предположение о том, что такого типа контроль за клеточнойпролиферацией важен для поддержания архитектуры ткани и отвечает, так илииначе, также за старение животных, в том числе и нас с вами. Эти идеи проверенына трансгенных мышах, у которых полностью отсутствует теломераза.

Теломеры вхромосомах мыши приблизительно в пять раз длиннее, чем теломеры человека, ипоэтому мыши должны давать потомство на протяжении трех и более поколений,прежде чем их теломеры сократятся до нормальной для человека длины. Возможно, именно поэтому первые поколения мышей развиваются нормально. Однако вследующих поколениях мыши последовательно накапливают все большее числодефектов в некоторых интенсивно пролиферирующих тканях.

Вдобавок к этомутакие мыши показывают признаки преждевременного старения и имеют выраженную предрасположенность к образованию опухолей. В этих и других отношенияхэти мыши напоминают людей с генетическом заболеванием, которое называетсяврожденным дискератозом. Индивиды, пораженные этой болезнью, несут однуфункционально активную и одну неактивную копии гена теломеразной РНК; ониимеют преждевременно укорачивающиеся теломеры и обычно умирают от прогрессирующей атрофии костного мозга. Кроме того, у них развивается рубцеваниелегкого и цирроз печени, а также отклонения различных эпидермальных структур,в том числе кожи, волосяных фолликулов и ногтей.Вышеупомянутые наблюдения демонстрируют, что управление пролиферациейклеток путем укорачивания теломер представляет определенный риск для организма,потому что не все клетки, которые начинают терять концы своих хромосом, прекратят делиться.

Некоторые, несомненно, становятся генетически неустойчивыми,но продолжают делиться, давая начало видоизмененным клеткам, которые могутпривести к раку. Таким образом, можно усомниться в том, что наблюдаемая вбольшинстве соматических клеток человека супрессия (down-regulation) теломеразыдает эволюционное преимущество, как полагают те, кто постулирует, что укорочениетеломер защищает нас от рака и других болезней, обусловленных безудержнымделением клеток.ЗаключениеБелки, которые запускают репликацию ДНК, связываются с последовательностями ДНК в точке начала репликации (origin) и катализируют образование репликационного глазка (replication bubble) с двумя движущимися впротивоположных направлениях репликационными вилками.

Процесс начинаетсяс образования комплекса инициаторный белок – ДНК, который впоследствииустанавливает ДНК-хеликазу на матрицу ДНК. Затем присоединяются другиебелки и довершают образование многоферментной «репликационной машины»,которая катализирует синтез ДНК в каждой репликационной вилке.У бактерий и некоторых простых эукариот точки начала репликации задаются специальными последовательностями ДНК, которые имеют длину всеголишь несколько сот пар нуклеотидов.

У прочих эукариот, таких как человек,последовательности, специфически определяющие точку начала репликацииДНК, кажется, выражены менее четко и могут охватывать несколько тысячпар нуклеотидов.Бактерии обычно имеют единственную точку начала репликации в кольцевой хромосоме. При скоростях вилки до 1 000 нуклеотидов в секунду они могутреплицировать свой геном менее чем за час. Репликация ДНК эукариот проис-Глава 5.

Репликация, репарация и рекомбинация ДНК 487ходит только в одной части клеточного цикла — в S-фазе. У эукариот репликационная вилка движется в 10 раз медленнее, чем у бактерий, и, для того чтобыуспеть провести репликацию намного более длинных хромосом за время S-фазы,которая в клетках человека обычно длится в течение 8 часов, требуется целыйсонм точек начала репликации. Различные точки начала репликации в такиххромосомах эукариот активируются в определенной последовательности, устанавливаемой отчасти структурой хроматина, при этом наиболее уплотненныеобласти хроматина обычно начинают репликацию в последнюю очередь. Послетого как репликационная вилка прошла, структура хроматина воссоздаетсяпутем добавления новых гистонов к старым, которые напрямую наследуютсякаждой молекулой дочерней ДНК.

Механизм дублирования хромосом позволяетпередавать дочерним хромосомам родительские схемы модификации гистонов,тем самым обеспечивая средство эпигенетического наследования.Эукариоты решают проблему репликации концов своих линейных хромосомпри помощи специализированной концевой структуры — теломеры, — поддерживаемой специальным полимеризующим нуклеотиды ферментом, названнымтеломеразой.<b>Текст обрезан, так как является слишком большим</b>.