Теломераза.
Теломераза — фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК (TTAGGG у позвоночных) к 3'-концу цепи ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в эукариотических клетках. Теломеры содержат уплотненную ДНК и стабилизируют хромосомы.
Теломераза была впервые обнаружена в 1985 году у равноресничной инфузории Tetrahymena thermophila. Впоследствии она была обнаружена в дрожжах, растениях, животных, в.т.ч. яичниках человека и иммортализованных (бессмертных) линиях раковых клеток Hela.
Теломераза является ДНК-полимеразой, достраивающей 3'-концы линейных молекул ДНК хромосом короткими(6-8 нуклеотидов), повторяющимися последовательностями(у позвоночных она представлена нуклеотидами ТТАГГГ). Теломераза называется также ДНК-нуклеотидилэкзотрансферазой или теломерной терминальной трансферазой. Она состоит из белков и РНК, выполняющей роль матрицы для удлинения молекулы ДНК повторами нуклеотидов. Длина теломеразной РНК составляет от 150(простейшие) до 1400 нуклеотидов у дрожжей. У человека ее протяженность составляет 450 нуклеотидов.
Принцип действия теломеразы основан на удлинении не вновь синтезированной дочерней цепи, а материнской цепи ДНК. Процесс удлинения(достраивания) материнской(матричной) цепи ДНК теломеразой происходит до того, как эндонуклеазы отщепляет концевые нуклеотиды дочерней цепи.
По составу теломерных повторов в теломерах ДНК различают Г-цепь ( гуаниновая цепь) и Ц-цепь (цитозиновая цепь) . Обе цепи входят в состав двуцепочной молекулы ДНК. Теломераза удлиняет Г-цепь каждой теломеры.
РНК, содержащаяся в составе теломеразы, имеет матричный участок с помощью которого теломераза распознает теломерный повтор. После распознавания теломеры и связывания теломеразы с молекулрй ДНК последовательность оснований в составе молекулы полимеразы: 5'-ЦААЦЦЦАА-3' синтезирует последовательность, комплиментарную с последовательностью в теломерном повторе: 5'-ТТГГГГ-3'. Нуклеотиды ААЦ в РНК теломеразы остаются неспаренными, к ним присоединяются нуклеотиды ТТГ молекулы ДНК. Данный процесс осуществляется путем перемещения теломеразы на самый конец теломерной последовательности ДНК. В результате этого конец материнской ДНК удлиняется на повтор нуклеотидов-ТТГГГГТТГ.
Процесс образования нового теломерного повтора носит название элонгации.
Образование следующего теломерного повтора происходит путём перемещения теломеразы( вместе с РНК) на один повтор к 3'-концу удлиняемой цепи ДНК. Процесс перемещения теломеразы носит название транслокации. Таким образом процесс наращивания теломерного участка материнской хромосомы включает в себя этапы элонгации и транслокации теломеразы.
В конечном итоге теломераза может удлинить цепь ДНК на несколько десятков или сотен теломерных повторов(количество повторов зависит по-видимому от видовой принадлежности организма и количества делений,пройденных той или иной клеткой).
На удлиненной части ДНК достраивается дочерняя цепь ДНК. Мутации в теломерной РНК приводят не к синтезу ошибочных нуклеотидов, а к утрате активности всей теломеразы.
Следует особо подчеркнуть, что теломераза функционирует и восстанавливает дочернюю молекулу ДНК только в генеративных, раковых и линиях иммортализованных(бессмертных) клеточных культурах.
В соматических клетках теломеразная активность отсутствует и, следовательно, теломеры соматических клеток постепенно, после каждой репликации, укорачиваются.
В этой связи было высказано предположение, что постепенное укорочение ДНК хромосом в процессе репликации, может лежать в основе ограниченного числа делений клеток, культивируемых in vitro. Данное ограничение носит название «лимита Хейфлика». Хейфлик показал в начале 60-х годов XX века зависимость числа клеточных делений от возраста человека. У новорожденных соматические клетки могут делиться 80-90 раз, а у 70-летних людей- только 20-30 раз.
Укорочение теломерных концов хромосом можно считать молекулярным индикатором количества делений, но не старения клетки.
Прекращение работы теломеразы, наблюдаемое в большинстве дифференцированных соматических клеток, является свидетельством их зрелости и одновременно специфическим сигналом для запуска процессов, приводящих клетки к естественной гибели(апоптозу).