Реплицирующая молекула днк
Репликация теломерных отделов ДНК.
Суть проблемы концевой недорепликации. А.М. Оловников 1971
Как решается в клетке проблема концевой недорепликации? Используется несколько способов.
Расположение буферных теломерных последовательностей на концах хромосом:
(5’) ЦТААЦЦ-……- ЦТААЦЦ-……-ГГТТАГ-……ГГТТАГ (3’)
(3’) ГАТТГГ-……-ГАТТГГ-……-ЦЦААТЦ-ЦЦААТЦ (5’)
Гексануклиотид (5’)ГГТТАГ (3’)
Все теломерные участки включают тысячи указанных теломерных последовательностей у человека 10-15 тыс. п.н., у мышей до 100 тыс п.н.
Удлинение теломер с помощью теломеразы.
Теломераза удлиняет не новую, а старую более длинную. К концу старой цепи теломераза последовательно пристраивает несколько десятков или сотен повторов ГГТТАГ, старая цепь теперь может выступать матрицей.
В районе 3’ старой цепи праймаза синтезирует РНК – затравку, а затем ДНК – полимераза последовательно присоединяет к затравке дезоксинуклеотиды – комплементарные старой цепи.
Сшивание с цепью происходит с помощью лигазы. Эндонуклеаза удаляет РНК – затравку на новой цепи.
Механизм ALT
Альтернативные механизмы удлинения теломер
(ALT – Alfernafive Lengfhening of Telomeres)
Наблюдается у дрозофил, у некоторых опухолевых клеток.
Удлинение теломерной ДНК путем рекомбинации
Две молекулы ДНК взаимодействуют своими теломерными концами образуя гибридные теломеры.
Цепь одной ДНК должна быть длиннее, чем цепь другой. Более длинная цепь служит матрицей по которой ДНК – полимеразная система достраивает более короткую цепь.
Функции теломер
I. Условно механические
а) Участвуют в фиксации хромосом к ядерному матриксу.
б) Теломеры сцепляют друг с другом концы сестринских хроматид (образующихся в хромосоме после s-фазы)
II. Стабилизационные
а) Если в клетке нет теломеразы, то наличие теломер предохраняет от недорепликации генетически значимые отделы ДНК.
б) Если в клетке есть теломеразная активность, то появляется еще одна возможность – стабилизация концов разорванных хромосом.
III. Влияние на экспрессию генов
Активность генов, расположенных рядом с теломерами, снижена (репрессирована).
Такой эффект обозначается как транскрипционное молчание или сайлейсинг
а) Как результат действия белков (Rap1 или TFR1), взаимодействующих с теломерами.
б)Как результат близости к ядерной оболочке. В ней есть Ca2+ - каналы, по которым поток ионов Ca2+ может влиять на взаимодействие белков с близлежащими генами.
IV. «Счетная»функция
Теломерные отделы ДНК выступают в качестве часового устройства (репликометр), который отсчитывает количество делений клетки после исчезновения теломеразной активности. Теломеры – устройство, определяющее количество делений, которые способна совершить нормальная клетка в отсутствии теломеразы. Достигая критически короткой длины, теломеры теряют возможность выполнять функции и клетка гибнет
Механизм действия теломеразы.
Как функционирует фермент теломеразы?
Теломераза удлиняет G-цепь каждой теломеры.
Теломераза связана с теломеразной РНК длиной около 450 нуклеотидов.
(3’) ……АУЦ ЦЦА АУЦ……(5’)
Левый триплет АУЦ используется для связывания с крайним теломерным полуповтором G-цепи ДНК.
Гексануклеотид ЦЦА АУЦ служит матрицей для удлинения 3’ - конца G-цепи на один теломерный повтор.
Элонгация – процесс образования нового теломерного повтора.
Транслокация – перемещение фермента вместе со своей РНК по удлиняемой цепи ДНК на один повтор «левее»
Распространение теломеразы
В
каких клетках имеется и функционирует
теломераза? Это ключевой вопрос всей
теломеразной биологии. По исходным
представлениям Оловникова А.М. у взрослого
человека теломераза функционирует лишь
в клетках зародышевого пути. Во всех
соматических клетках она отсутствует
и появляется в случае опухолевого
перерождения. После появления
сверхчувствительных методов в молекулярной
биологии удалось обнаружить теломеразу
в соматических клетках.
В характере распространения теломеразы есть вполне определенная закономерность, если учитывать способность соответствующих клеток к делению.
Теломераза имеется во многих из тех соматических клеток, которые способны к делению.
Теломера за и старение
Август Вейсман (1834-1914) – немецкий зоолог и теоретик эволюционного учения. 1881год – «У соматических клеток способность к росту путем деления не вечно, а ограниченно. Исключение –половые клетки.»
Эксперименты:
Лауреата Нобелевской премии А.Карреля (начало XX века)
Сами по себе соматические клетки не стареют: в подходящих условиях могут жить и делиться бесконечно долго.
Старение же есть свойство только сложного организма; как говорили, это «Плата за многоклеточность»
Кусочки ткани куриного сердца помещали в стеклянную чашку на питательную среду из эмбрионального экстракта и плазмы. Инкубировали в термостате. На периферии тканевого кусочка, клетки делились, кусочек расширялся. Его разрезали и опять помещали в питательную среду. И так много раз.