И.Ф. Жимулёв - Общая и молекулярная генетика (1117666), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Этот октануклеотид расположен на концах хромосом особым образом. так что часть Оцепи ДНК остается одиночной нз-за отсутствия второй цепи (рис. 9.51). Видно. что на цепи ДНК, 3'-конец которой служит концом хромосомы, основной повторяющейся единицей является октануклеотид 5'-Т,О,-З'. Выступающие концы нитей ДНК обнаружены в теломерах всех организмов, Этот октануклеотид, выступающий за обычную двойную уатсон-криковскую спираль, называют одноцепочечным свободным б-концом.
Длина простого повторенного дуплекса. расположенного проксимальнее, может варьировать от менее чем 50 пн (у Вир!о(ех) до более чем 100 тпн (у мыши). Интересно, что теломерные однонитчатые свободные О-концы фактически одинаковы у многих представителей совершенно различных филогенетических таксонов, за искл(очением дрожжей. Анализ показал, что четыре молекулы гуанина на выступающем конце, не имеющие возможности контактировать с молекулами цитозина, как это бывает в обычной молекуле ДНК, все же спариваются. Они располагаются в одной плоскости и образуют водородные связи между собой (рис. 9.52). г73 Гяпяа 9. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ХРОМОСОМ Н В Н )э( )э( Н О О э СЛСЛС (э Т (э Т (э Т (т 3 Те:юмера Центроыера т"-тип А 4 А,фз Х1 У' А4 АА эфь А ~ А з~ А „фй явь А 4 А,фь А зэк А,фь 6,7 тпи А 4„ Х-тип й,3-3,7 тпн Два типа хромосом дрожжей 5.
сегеияие, различаюп(ихся строением прителомерного повтора (Снап, Туе, 1983. — Из: Жимулев, !993. С. 2171. Темными треугольниками обозначен концевой тевомерный повтор, А — - автономно реплицнрующаяся последовательность (л)(З. Субтеломерный повтор может состоять только нз Х-элементов нлн различного числа Учэлсментов н Х-элементов Схема организации теломерного конца хромосомы: ! — повтор из гуаниновых нуклеотндов; 2 — тело- мерный концевой повтор (ТК); 3 — последовательности, связанные с теломерой (ТА8); 4 — собственно хромосома; 5 — центромера Структура теломерного концевого повтора в хромосомах инфузории оксигрихи: ! — теломерный концевой повтор, 2 — собственно хромосома )э( )э( Н О О Н Н Н р( Гипотеза о плоскостном расположении молекул гуанина в теломерном повторе (Те!огпегез, 1995.
Р. 191. Каждая молекула гуанина соединена с двумя соседниьзн 274 ОБЩАЯ И зИОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНГТИКА Нег-А 5 Опгя 3 -нонтореннъ|й район ТАЯТ 3 ОКЕ! 7 $ ОИ"' 2 3 -райан (А)„ Схема строения двух теломерных ретротрапспозонов НеТА и ТАКТ, найденных у дрозофилы (Те!оцзегея, 1995.
Р. 340). Особенность формирования этой структуры заключается в том, что соединение нуклеотидов происходит не по принципу комплементарности оснований, а между молекулами одного и того же основания -- гуанина. Как уже отмечалось, рядом с теломерным повтором располагаются участки ДНК большой протяженности, называемые субтеломерными повторами — — ТА5. У дрожжей описано два субтеломерных повтора, Х и У'. Х имеет размеры 0,3-3,75 тпн и менее консервативен, чем У' (5,2 — 6,7 тпн).
Они чередуются, или повтор может состоять только из Х-элементов (рис. 9.53). Последние имеют открытые рамки считывания. На основе слабой гомологии в первичных последовательностях с мобильными элементами предположили, что У'-элементы возникли из одиночной инсерции в предковый геном дрожжей (Те1ошегез, 1995!. Субтеломерные повторы обнаружены у многих видов. Общая длина тракта может быть очень большой -- у хирономуса до 300 тпн в каждой теломере. С теломерными последовательностями связаны два белка. У человека это ТКР1 и ТКР2 (ТТАООО терев! Гас(огя ! апд 2).Они гомологичны белку дрожжей ТЫ ! р (ТТАООО-Ь!пб!пя рго(еш).
С-терминальная последовательность каждого из этих полипептидов названа тело- боксом. Эти белки полностью перекрывают как выступающий конец ДНК, так и двухцепочечную часть субтеломерного района. По иронии судьбы термин «теломерар возник в результате исследований на дрозофиле. В то же время до сих пор цет никаких доказательств того, по в геноме дрозофилы есть короткие теломерные О-богатые последовательности, характерные для большинства других видов.
У дрозофилы на концах хромосом расположены теломеро-специфичные ретротранспозоны, ПеТА и ТАКТ (рис. 9.54). В общих чертах они имеют похожее строение. У обоих на 5'- Телом 'рная ДНК 3'5' Р 3' ТТТТТТТТТТ Расхождение цепей н реппнкацня ДНК тДНК 3' Отстающая цепь Лидирующая цепь Удалении РНК-пряйыеров „и лигированис фрагментов Оказаки тДНК ТТТТТТТТТТ 3' 5' 3' 3' Схема репликации концевого участка отстающей цепи ДНК при наличии теломериого повтора на йцкоице ДНК.
Объяснения я тексте конце присутствуют неболыпие повторенные последовательности, а на 3'-конце — более протяженный повтор, завершающийся длинным фрагментом, содержащим только нуклеотиды с аденином (А),. Различаются они тем, что НеТ-А имеет две частично наложенные одна на другую рамки считывания (ОКЕ), кодирующие белки, в то время как ТАКТ вЂ” две, ОКЕ! и ОКР2, расположенные тандемно.
Оба ретротранспозона присутствуют во многих копиях, главным образом в прицентромерных районах. Они могут перемещаться по геному и в случае утраты теломерного района встраиваются на самый конец хромосомы, восстанавливая теломерную структуру. Несмотря на то что молекулярная структура теломеры была к началу 90-х гг. в основном охарактеризована, проблема неполной репликации на конце линейной молекулы ДНК (см. рис.
9.47) осталась. В 1985 г. Грейдер и Блакберн выяснили, что природа выработала механизм удлинения (элонгации) самого конца хромосомы, т. е. теломерного концевого повтора. Это связано с активностью особого фермента --- теломеразы. Это рибонуклеопротеид, он содержит короткую молекулу РНК (примерно 150 нуклеотидов, среди которых 2 копии теломерного повтора 5'-СААССС-3'), Сзиии 9. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ХРОМОСОМ 275 Тслолгсразнаа РНК 3' ССССААССССААССС з(АААССССААС(3(' 7 5' 6666ТТббббТТ6666ТТббббТТбббб Удлинение 3' — ССССААССССААССС х4ААССССААС(3з)' 5' 6666ТТб(зббТТ6666ТТббббТТббббТТб' Перемещение 3' ССССЛАССССАЛССС ь)ЛАССССзЛС(Р-' 5 — бббсттбсббттббсбттсббсттбаббТТб Удлинение 3' ССССААССССААСС(".
'34АЛССССААС(Ф 5' 6666ТТ6666ТТ6666ТТ6666ТТббббТТббббТТб Удлинение теломерного повтора с помощью ферменза тсломеразы (Те(огпегез, 1995). Объаснсния в тексте Перед началом цикла репликации ДНК теломераза добавляет несколько копий теломерных повторов на 3'-конец ДНК (рис. 9.55). После этого репликация идет в обычном порядке.
На отстающей цепи синтезируются РНК-праймеры, при этом наиболее важно то, что концевой праймер синтезируется на теломерном повторе. После завершения репликации остается незаполненным только участок РНК-праймера, синтезированного на теломерной последователы|ости.
В результате кодируюгцие части дочерних цепей ДНК получаются той же длины, что и родительских (см. рис. 9.55). Часть нуклеотидов на 3'-конце отстающей цепи все же не будет реплицироваться. Но эта неполная репликация произойдет в зоне тело- мерного повтора, что не причинит никакого вреда генам, расположенным рядом. Однако через несколько циклов репликации теломерный повтор «растает» и недорепликация начнет затрагивать гены. Поэтому второй функцией теломеразы является постоянное на- ращивание б-нити. Теломераза обладает своей молекулой РНК, имеющей матричный участок (рис.
9.5бз), с помощью которого фермент распознает теломерный повтор. Последовательность 5'-СААССССАА-3' в составе молекулы теломеразы спаривается с последовательностью теломерного повтора 5'-ТТбббб-3' (рис. 9.5б, и). Нуклеотиды ААС в РНК теломеразы остаются неспаренными, и на них достраиваются ТТО (б).
Фермент перемещается на самый конец теломерной последовательности, т. е. на всю длину ТТббббТТб, и нуклеотиды ААС из молекулы теломеразной РНК спариваются с ТТО теломерной ДНК (н), после чего достраивается вся последовательность повтора. Принцип уззлинения концевого участка молекулы ДНК у дрозофилы тот же, что и у других видов (рис. 9.57). Таким образом, очевидно, что конец хромосомы как бы «запечатан» особой ДНК-белковой структурой, которая позволяет нормально реплицироваться ДНК всей хромосомы. В по- ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНГяТИКА Ф~: Ийтрнца Клетки зародышевого пути 1т ламсраяа активна, длина тсломсрнормальиаяз Соматичсски клетки ( гсяомсраяа исака иана, геломеры укорачиваются) Бес.мергные соматические и ракояме клетки ггсломсраза акгияпа, длина гсломср нормальнал) Порог старения, Бальпяинстаа клеток нарастают далиться Кризис (бо Пснормальныс клетки 1тсломсраяа исакгиаиа, теломеры укорачиаакягся) Изменение длины теломер у человека (СггеЫег, В!аскЬпгп„1996).
По юризоитали — — число клеточных делений, по аертикали -- длина теломсры 4 лн» 'аа!яяАяая,,-::-:::'" г' Т Механизм репликации теломерного района в мобилыюм элементе ОеТА у дрозофил (Рагя)пе е~ а1., 1996] следнее время накапливаются данные о том, что нарушения в механизме удлинения теломерного повтора непосредственно связаны с формированием злокачественных новообразований, а также играют важную роль в процессе старения. Теломеры в клетках зародышевого пути благодаря постоянно высокой активности теломеразы сохраняют нормальную длину.
Однако в соматических клетках, культивируемых гп сйго, теломераза неактивна и теломеры постоянно укорачиваются (рис. 9.58). Этим можно объяснить существование барьера Хейфлнка. В раковых клетках, которые также являются соматическими, клеточные деления не прекращаются и теломеры не укорачиваются. Оказалось, что почти во всех образцах опухолевых клеток, взятых как из культуры, так и из целого организма, активность теломеразы сохраняется на высоком уровне (см. рис. 9.58). Это обстоятельство позволило ученым пофантазировать: если бы удалось найти химический реагент, избирательно инактивирующнй теломеразу, то при его применении опухолевые клетки быстро достигали бы барьера Хейфлика и погибали, в то время как в соматических клетках действие этого агента не ощущалось бы, так как в них теломеразы нет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
