Теломераза
Основное назначение теломеразы – синтезировать тандемно повторяющиеся сегменты ДНК, из которых состоит G-цепь теломерной ДНК. Теломеразы относятся к нуклеотидилтрансферазам и достраивают 3'- концы хромосом короткими (6-8 нуклеотидов) повторяющимися последовательностями. Особенностью этих ДНК-полимеризующих ферментов является присутствие у них, помимо белковой части, короткого фрагмента РНК, необходимого для их функционирования и служащего матрицей при синтезе теломерных последовательностей хромосом. Наличие в молекуле фермента последовательности РНК, на которой идет матричный синтез фрагмента ДНК, позволяет отнести теломеразу к своеобразной РНК зависимой ДНК-полимеразе или обратной транскриптазе.
Длина и структура теломеразных РНК у разных организмов сильно различаются. Теломеразы простейших содержат РНК длиной в 150–200 нуклеотидных остатков (н.о.), длина теломеразной РНК человека – 450 н.о., в то время как теломераза дрожжей содержит длинную РНК – около 1300 н.о. Как и любая другая РНК клетки, теломеразная РНК обладает специфической вторичной и третичной структурой, детали которой пока еще не установлены. Длина матричного участка теломеразной РНК не превышает длину двух повторов в теломерной ДНК, которые он кодирует. Поскольку теломераза синтезирует сегменты ДНК, повторяющиеся много раз, используя только один сегмент своей РНК, она должна обладать способностью периодически (после завершения синтеза каждого повтора) перемещать (транслоцировать) матричный участок в район 3'-конца синтезируемой теломерной ДНК.
На рис. 5.12 приведена схема синтеза теломерных повторов, катализируемого теломеразой. На первой стадии теломераза узнает выступающий одноцепочечный 3'-конец материнской цепи ДНК и происходит образование комплементарного комплекса теломерной ДНК с матричным участком теломеразной РНК. Затем фермент наращивает ДНК, используя в качестве затравки 3'-конец, а в качестве матрицы РНК, входящую в состав теломеразы. После синтеза каждого повтора происходит транслокация, т.е. перемещение ДНК относительно фермента на один теломерный повтор, с освобождением последовательности матричных нуклеотидов РНК.
Рис 5.12. Механизм функционирования теломеразы.
Источником энергии для такого перемещения, по-видимому, служит сама реакция синтеза цепи теломерной ДНК, поскольку дезоксинуклеозидтрифосфаты – субстраты этой реакции – высокоэнергетические вещества. После этого теломераза вступает в следующий цикл элонгации только что добавленной 3'-концевой последовательности хромосомы. В результате повторения циклов элонгации и транслокации образуются специализированные концевые структуры хромосом – теломеры (рис. 5.12).
После удлинения одноцепочечной теломерной последовательности на 3'-конце вторая цепь ДНК (С-цепь) достраивается обычным способом с помощью ДНК-полимеразы. Активность теломеразы у высших эукариот обнаружена лишь в трех типах клеток – генеративных, раковых и линиях иммортализованных клеточных культур\
В половых клетках человека в течение всей его жизни наблюдается высокая теломеразная активность. Соответственно их теломеры состоят из наибольшего числа ДНК-повторов и содержат все необходимые белки для нормальной пролиферации клеток. Аналогичная ситуация наблюдается и для стволовых клеток, которые делятся неограниченно долго. Однако у стволовой клетки есть возможность дать две дочерние клетки, одна из которых останется стволовой ("бессмертной"), а другая вступит в процесс дифференцировки.
В организме при дифференцировке клеток теломераза репрессируется. На стадии раннего эмбриогенеза в большинстве соматических клеток человека происходит выключение гена, кодирующего каталитическую субъединицу теломеразы, что имеет определенный биологический смысл. Укорочение теломер можно рассматривать как молекулярный индикатор количества делений, но не старения клетки. Старение обусловлено действием многих молекулярных механизмов, и выключение теломеразы – лишь один из них. По достижении критической длины теломерной ДНК запускаются процессы остановки клеточного цикла. Экспрессию теломеразы считают фактором иммортализации клеток.
Особый интерес к исследованиям теломеразы вызыван и тем, что резкое повышение активности теломераз характерно для опухолевых клеток и может служить маркером их злокачественного перерождения. Поэтому в качестве одного из подходов к терапии опухолей рассматривают подавление активности теломераз, функционирование которых, как полагают, необходимо для иммортализации клеток и роста опухолей.
Достарыңызбен бөлісу: |
