Реферат на тему:
Теломераза — фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК (ТТАГГГ 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. При каждом делении клетки теломерные участки укорачиваются. Существование механизма, компенсирующего укорочение теломер (теломеразы), было предсказано в 1973 году А. М. Оловниковым[1].
Теломераза является обратной транскриптазой, причем с ней связана особая молекула РНК, которая используется в качестве матрицы для обратной транскрипции во время удлинения теломер.
Теломераза была обнаружена Кэрол Грейдер в 1984 году[2].
Р—Р° открытие защитных механизмов С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј РѕС‚ концевой недорепликации СЃ помощью теломер Рё теломеразы РІ 2009 РіРѕРґСѓ присуждена Нобелевская премия РїРѕ физиологии Рё медицине австралийке, работающей РІ РЎРЁРђ, Рлизабет Блэкбёрн, американке РљСЌСЂРѕР» Грейдер Рё её соотечественнику Джеку Шостаку.[3]
Р’ результате деятельности теломеразы длина теломерных участков С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј клетки увеличивается или сохраняется РЅР° постоянном СѓСЂРѕРІРЅРµ, компенсируя таким образом концевую недорепликацию Рё позволяя клетке делиться неограниченно долго. Р’ С…РѕРґРµ исследования этого фермента (состоящего, как описано ниже, РёР· Р РќРљ-компонента Рё белкового компонента) выяснилось, что Р РќРљ-компонент экспрессируется РЅР° постоянном СѓСЂРѕРІРЅРµ практически РІРѕ всех клетках, Рё для индуцирования теломеразной активности необходима экспрессия белкового компонента, названного поэтому каталитическим компонентом теломеразы. Рскусственно индуцированная экспрессия гена каталитического компонента теломеразы (путем введения гена РїСЂРё помощи методов генной инженерии) делает клеточную культуру иммортальной (бессмертной), то есть СЃРїРѕСЃРѕР±РЅРѕР№ делиться неограниченно долго, отменяя тем самым для культуры предел Хейфлика. Теломераза экспрессируется РІ стволовых, половых Рё некоторых РґСЂСѓРіРёС… типах клеток организма, которым необходимо постоянно делиться для функционирования определённых тканей (например, клетки эпителия кишечника). Обычные соматические клетки организма лишены теломеразной активности. Клетки 85В % раковых опухолей обладают теломеразной активностью, поэтому считается, что активация теломеразы является РѕРґРЅРёРј РёР· событий РЅР° пути клетки Рє злокачественному перерождению.
Строение человеческой теломеразы было выяснено Скоттом РљРѕСЌРЅРѕРј Рё его исследовательской РіСЂСѓРїРїРѕР№ РІ австралийском Рсследовательском институте детской медицины. Теломераза состоит РёР· теломеразной обратной транскриптазы (TERT), теломеразной Р РќРљ (hTR или TERC), Рё дискерина (РїРѕ РґРІРµ молекулы каждого РёР· этих веществ) [4]. Две субъединицы фермента кодируются РґРІСѓРјСЏ различными генами. Кодирующий регион для TERT имеет длину 3396 пар, TERT таким образом содержит 1131 аминокислоту. Ртот белок сворачивается Рё захватывает TERC (имеющую длину 451 нуклеотид), которая РЅРµ транслируется, оставаясь Р РќРљ. TERT имеет форму рукавицы, что позволяет ему закрепляться РЅР° С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРµ Рё добавлять РІ нее одноцепочечные теломерные участки.
TERT — это обратная транскриптаза, то есть фермент, создающий одноцепочечную ДНК на основе шаблонной одноцепочечной РНК. Такие ферменты (а именно — образцы, полученные из вирусов) используются исследователями в лабораторном процессе полимеразной цепной реакции обратной транскрипции (RT-PCR), при помощи которого создаются копии ДНК на основе заданного РНК-шаблона. TERT же удерживает свой собственный шаблон — TERC.
Профессор Скордалакес и его коллеги первыми выявили полный набор и структуру критически важных белков в молекуле теломеразы. [5]
Рспользуя TERC, TERT добавляет повторяющуюся последовательность РёР· шести нуклеотидов 5'-ТТАГГГ Рє 3'-нити С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Указанная последовательность используется Сѓ позвоночных; Сѓ РґСЂСѓРіРёС… классов организмов последовательности отличаются. Рти повторяющиеся последовательности ТТАГГГ вместе СЃРѕ СЃРІРѕРёРјРё парными белками, Рё называются теломерами.
Шаблонный участок TERC содержит последовательность 3'-ЦААУЦЦЦААУЦ-5'. Теломераза связывает первые несколько нуклеотидов шаблона с последней теломерной последовательностью на хромосоме, добавляет новый повторяющийся участок (5'-ГГТТАГ-3'), отделяется, связывает новый 3'-конец теломеры с шаблоном и повторяет весь процесс заново.
Вторичная структура РНК-компонента теломеразы инфузории Tetrahymena termophila
Объяснение необходимости удлинения теломер приведено в основной статье о теломерах.
Теломеразу считают ключом Рє клеточному бессмертию, «источником юности». Ртот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Стволовые клетки СЌРјР±СЂРёРѕРЅРѕРІ, например, экспрессируют теломеразу, которая позволяет РёРј непрерывно делиться, формируя ткани Рё органы. РЈ взрослых организмов теломераза экспрессируется РІ клетках, которые должны часто делиться, однако большинство соматических клеток ее РЅРµ РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏС‚.
Один из наиболее очевидных признаков старости — сниженная активность клеток кожи. Предполагается, что лечение теломеразой сможет помочь избавиться по крайней мере от этих проблем.
Компании Revive Skincare и TaSciences.com выпускают косметические продукты на основе теломераз. По заявлениям Revive, производство одного грамма теломеразы обходится компании в 4 миллиона долларов США. Активной теломеразы в косметических препаратах нет и быть не может, поскольку содержащаяся в составе теломеразы РНК очень быстро разрезается рибонуклеазой А, которая очень распространена в природе. Кроме того и сам фермент не очень стабилен. Активную теломеразу в лабораториях выделяют в стерильных условиях и хранят в замороженном виде (желательно в низкотемпературном холодильнике).
Возникновение РјРЅРѕРіРёС… признаков раннего старения приписывают сокращению теломер[6]. Рто, например, прогерия, Атаксия-телангиэктазия, СЃРёРЅРґСЂРѕРј Блума, анемия Фанкони, СЃРёРЅРґСЂРѕРј Наймегена Рё РґСЂСѓРіРёРµ телангиэктазивные нарушения. Гены, мутация которых РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє этим заболеваниям, задействованы РІ восстановлении ДНК. РС… участие РІ управлении длиной теломер активно исследуется. Поскольку РЅР° настоящий момент неизвестно, насколько разрушение теломер влияет РЅР° процесс старения, основные исследования направлены РЅР° процессы сохранения целостности ДНК Рё РІ особенности ее теломерных участков. Майкл Фоссел РІ РѕРґРЅРѕРј РёР· интервью предположил, что лечение теломеразой может использоваться РЅРµ только для Р±РѕСЂСЊР±С‹ СЃ раком, РЅРѕ даже для Р±РѕСЂСЊР±С‹ СЃРѕ старением человеческого организма Рё таким образом для увеличения продолжительности жизни. РћРЅ считает, что уже РІ ближайшем десятилетии Р±СѓРґСѓС‚ проведены первые испытания теломеразных методов увеличения продолжительности жизни человека. Рто весьма обнадеживает, так как примерно РІ это же время произойдет массовый СѓС…РѕРґ РЅР° пенсию людей поколения беби-Р±СѓРјР° РІ РЎРЁРђ Рё западной Европе.
РљРѕРіРґР° клетки РІ культуре приближаются Рє пределу Хейфлика, старение может быть замедлено деактивацией генов, которые РєРѕРґРёСЂСѓСЋС‚ белки, подавляющие образование опухолей. Рто, РІ частности, белок, называемый p53, Рё белок ретинобластомы (pRb). Рзмененные таким образом клетки рано или РїРѕР·РґРЅРѕ достигают состояния, называемого «кризисом», РєРѕРіРґР° большая часть клеточной культуры умирает. РРЅРѕРіРґР°, однако, клетка РЅРµ перестает делиться РїСЂРё достижении РєСЂРёР·РёСЃР°. Обычно РІ это время теломеры полностью разрушены Рё состояние С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ ухудшается СЃ каждым делением.
Оголенные концы С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј распознаются как разрывы обеих цепей ДНК. Повреждения такого СЂРѕРґР° обычно устраняются путем соединения разорванных концов. Однако РІ данном случае соединенными РјРѕРіСѓС‚ оказываются концы разных С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј, так как РѕРЅРё более РЅРµ защищены теломерами. Рто временно позволяет решить проблему отсутствия теломер, однако РІРѕ время анафазы клеточного деления сцепленные С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ разрываются РЅР° части случайным образом, что РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє большому количеству мутаций Рё хромосомных аномалий.
По мере продолжения этого процесса геном клетки повреждается все больше. Наконец, наступает момент, когда либо объем поврежденного генетического материала становится достаточным для гибели клетки (путем запрограммированной клеточной смерти — апоптоза), либо происходит дополнительная мутация, активирующая теломеразу.
После активации теломеразы некоторые виды клеток становятся бессмертными: их хромосомы не становятся менее стабильными вне зависимости от числа клеточных делений, и процесс клеточной смерти не запускается. Многие раковые клетки считаются бессмертными, поскольку активность генов теломеразы в них позволяет им делиться практически бесконечно, что и является причиной образования опухолей.
Хороший пример бессмертия раковых клеток — это клетки HeLa, изначально полученные РёР· опухоли шейки матки Генриетты Лекс (Henrietta Lacks, отсюда название культуры HeLa) РІ 1951В Рі. Рта культура РїРѕ сей день используется РІ лабораторных исследованиях. Клетки Hela РІ самом деле бессмертны: РїРѕ оценкам ежедневно производится несколько тонн этих клеток, причем РІСЃРµ РѕРЅРё являются потомками нескольких клеток, извлеченных РёР· опухоли Р“. Лекс.
Несмотря РЅР° то, что описанный метод моделирования рака РІ культуре клеток эффективен Рё используется уже РјРЅРѕРіРѕ лет, РѕРЅ весьма неточен. Какое именно воздействие РІ рамках этого метода вызывает рождение клеток, образующих опухоли, изначально было неясно. Однако впоследствии удалось ответить РЅР° этот РІРѕРїСЂРѕСЃ. Р’ модельных клетках вызывались различные мутации, которые встречаются РІ разных видах человеческих раковых клеток. Рто позволило выявить несколько сочетаний мутаций, которые являются достаточными для образования опухолевых клеток РёР· различных РёС… РІРёРґРѕРІ.
Собственно сочетания мутаций различается в зависимости от вида клеток. Однако большинство из них содержат следующие изменения:
Рти изменения РїСЂРёРІРѕРґСЏС‚ Рє отключению механизма гибели клетки РІ результате разрушения С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј или апоптоза. РљСЂРѕРјРµ того клетка начинает непрерывно делиться.
Рта модель рака, созданная РІ клеточной культуре, проливает свет РЅР° роль теломеразы РІ формирование опухолей Сѓ человека. Активация теломеразы наблюдается РІ 90В % всех опухолей. Рто позволяет заключить, что предоставляемое ею бессмертие является ключевым фактором РІ развитии рака.
Опухоли, в клетках которых TERT не активировался, в основном использовали другой механизм сохранения теломер, называемый ALT (альтернативное удлинение теломер, alternative lengthening of telomeres). Детали этого механизма неизвестны.
Как показано РІ работе Рлизабет Блекбёрн Рё РґСЂ., теломераза также участвует РІ регуляции активности 70 генов, которые участвуют либо подозреваются РІ участии РІ образовании Рё развитии раковых опухолей. РљСЂРѕРјРµ того, РѕРЅР° активирует гликолиз, что позволяет раковым клеткам использовать сахара для поддержания заданной скорости роста Рё деления (эти скорости сравнимы СЃРѕ скоростями роста клеток РІ зародыше).
Р. Блэкбёрн Рё еще РґРІРѕРµ исследователей получили премию Ласкера РІ 2006В Рі. Р·Р° открытие теломеразы Рё последующие ее исследования. Р—Р° те же достижения Р. Блэкбёрн также получила премию Грубера РїРѕ генетике РІ 2006В Рі.
Считается, что мутации белка TERT вызывают у пациентов предрасположенность к апластической анемии — нарушению кроветворения в костном мозге[7].
Синдром кошачьего крика (CdCS) — сложное расстройство, включающее в себя утрату дистальной части короткого конца пятой хромосомы. Ген белка TERT располагается в утраченном фрагменте. Предполагается, что потеря этой копии гена является если не причиной, то одним из условий возникновения этой болезни[8].
Врожденный дискератоз (Р’Р”) — болезнь костного РјРѕР·РіР°, которая может быть вызвана мутацией РІ TERC-субъединице теломеразы. Рта мутация является причиной болезни лишь РІ 5В % случаев, однако РІ этих случаях болезнь наследуется как доминантное аутосомное расстройство. Мутации РІ гене дискерина (DKC1) обуславливают примерно 35В % всех случаев Р’Р”; эти мутации — рецессивные РҐ-связанные.
Пациенты с ВД страдают от серьезного нарушения функционирования костного мозга, которое проявляется в аномальной пигментации кожи, лейкоплакии (белые бляшки на слизистой ротовой полости), дистрофии ногтей, а также другими симптомами. У носителей мутаций TERC или DKC1 также выявлены более короткие теломеры, а также некорректная активность теломеразы in vitro, по сравнению с особями того же возраста, свободными от мутаций.[9]
Обнаружена целая семья[10], у членов которой аутосомальный доминантный ВД проявился одновременно с гетерозиготной мутацией TERT. У этих людей скорость сокращения теломер была выше нормальной. Кроме того, фенотип ВД ухудшался с каждым поколением.
С раковыми опухолями очень тяжело бороться, так как иммунная система организма их не опознает как чужеродные. Кроме того, раковые клетки бессмертны и будут продолжать делиться при любых условиях. Поскольку в большинстве видов опухолей бессмертие клеток достигается за счет присутствия в них теломеразы, именно она могла бы быть целью для препаратов против рака. Если какой-либо препарат сможет отключить теломеразу в раковых клетках, процесс сокращения теломер возобновится, по мере деления клеток теломеры разрушатся, возникнут мутации и клетки погибнут.
Ркспериментальные препараты, воздействующие РЅР° активную теломеразу, тестируются РЅР° мышах, Рё некоторые уже перешли Рє клиническим испытаниям. Geron Corporation РІ настоящее время испытывает РЅР° людях препараты, использующих ингибирование теломеразы РґРІСѓРјСЏ различными способами. Один — это вакцина (GRNVAC1), Р° другой — липидный препарат (GRN163L). Р’ действительности РІРѕ РјРЅРѕРіРёС… типах раковых клеток, выращенных РІ культуре, подавление теломеразы ведет Рє быстрой гибели популяции клеток. Между тем существуют определенные препятствия Рє развитию такого СЂРѕРґР° лекарств, например, существование альтернативного механизма удлинения теломер[11]. Есть свидетельства, что альтернативные методы поддержания длины теломер Рё хранения ДНК применены РІ стволовых раковых клетках. Geron Corp., однако, заявляет, что РёРј удалось уничтожить Рё стволовые раковые клетки РїСЂРё помощи РёС… ингибитора теломеразы GRN163L. Ртот ингибитор присоединяется непосредственно Рє Р РќРљ-шаблону теломеразы. Даже единичная мутация шаблона могла Р±С‹ полностью лишить теломеразу ее способности удлинять теломеры Рё таким образом лишить клетку возможности бесконечно делиться. Р’ этом случае РЅРµ может начаться гликолиз, Р° также РЅРµ может начаться экспрессия 70 раковых генов Блэкбёрн (Blackburn et al).
Поскольку Блэкбёрн показала, что большинство негативных эффектов теломеразы исчезают при повреждении РНК-шаблона, этот шаблон является довольно эффективной мишенью. Однако если даже некоторые из раковых клеток используют альтернативный метод удлинения теломер, они не погибнут, если РНК-шаблон теломеразы будет заблокирован. По мнению Блэкбёрн, неправильно считать, что только теломераза отвечает за удлинение теломер. Предотвращение в раковых клетках гликолиза, а также предотвращение экспрессии 70 «плохих» генов, вероятно, может убить раковые клетки, не использующие теломеразу.
10. Guenther Witzany (2007). Telomeres in Evolution and Development from Biosemiotic Perspective. Nature Precedings: doi:10.1038/npre.2007.932.1
wreferat.baza-referat.ru
Теломеры.В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
Теломерами называют особые концевые районы линейной хромосомной ДНК,
состоящие из многократно повторяющихся коротких нуклеотидных
последовательностей. В состав теломер входят также многие белки, специфически
связывающиеся с теломерными ДНК-повторами. Таким образом, теломеры (так же,
как и все другие районы хромосомы эукариот) построены из
дезоксинуклеопротеидов, то есть комплексов ДНК с белками.
Существование специальных структур на концах хромосом было окончательно
доказано в 1938 году классиками генетики, лауреатами Нобелевской премии
Барбарой Мак-Клинток и Германом Мёллером. Независимо друг от друга они
обнаружили, что фрагментация хромосом (под действием рентгеновского
облучения) и появление у них дополнительных концов ведут к хромосомным
перестройкам и деградации хромосом. В сохранности оставались лишь области
хромосом, прилегающие к их естественным концам. Лишенные концевых теломер,
хромосомы начинают сливаться с большой частотой, что ведет к тяжелым
генетическим аномалиям. Следовательно, заключили они, естественные концы
линейных хромосом защищены специальными структурами. Г. Мёллер предложил
называть их теломерами (от греч. телос — конец и мерос — часть).
В последующие годы выяснилось, что теломеры не только предотвращают
деградацию и слияние хромосом (и тем самым поддерживают целостность генома
хозяйской клетки), но и, по-видимому, ответственны за прикрепление хромосом к
специальной внутриядерной структуре (своеобразному скелету клеточного ядра),
называемой ядерным матриксом (рис. 1,2). Таким образом, теломеры играют
важную роль в создании специфической архитектуры и внутренней упорядоченности
клеточного ядра. Более того, наличие на концах хромосом специальной
теломерной ДНК позволяет решить так называемую проблему концевой
недорепликации ДНК.
Теломерная ДНК (рис. 3,4) попала в поле зрения молекулярных биологов
сравнительно недавно, когда были разработаны эффективные методы определения
последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Первыми объектами
исследования были одноклеточные простейшие (ресничная инфузория тетрахимена,
в частности), поскольку из-за особенностей строения ядерного и хромосомного
аппарата они содержат несколько десятков тысяч очень мелких хромосом и,
следовательно, множество теломер в одной клетке (для сравнения: у высших
эукариот на клетку приходится менее ста теломер).
Многократно повторяющиеся блоки в теломерной ДНК простейших состоят всего
лишь из шести—восьми нуклеотидных остатков. При этом одна цепь ДНК сильно
обогащена остатками гуаниловой кислоты (G-богатая цепь; у тетрахимены она
построена из блоков TTGGGG (2 тимин- 4 гуанин)), а комплементарная ей цепь
ДНК соответственно обогащена остатками цитидиловой кислоты (С-богатая цепь).
У дрожжей повторяющиеся блоки в теломерной ДНК заметно длиннее, чем у
простейших, и зачастую не столь регулярные. Каково же было удивление ученых,
когда оказалось, что теломерная ДНК человека построена из TTAGGG-блоков (2
тимин-аденин-3 гуанин), то есть отличается от простейших всего лишь одной
буквой в повторе. Более того, из TTAGGG-блоков построены теломерные ДНК
(вернее, их G-богатые цепи) всех млекопитающих, рептилий, амфибий, птиц и
рыб. Столь же универсален теломерный ДНК-повтор у растений: не только у всех
наземных растений, но даже у их весьма отдаленных родственников —морских
водорослей он представлен последовательностью TTTAGGG (3 тимин-аденин-3
гуанин). Впрочем, удивляться здесь особенно нечему, так как в теломерной ДНК
не закодировано никаких белков (она не содержит генов), а у всех организмов
теломеры выполняют универсальные функции, речь о которых шла выше. Правда, из
этого общего правила есть редкие исключения. Наиболее известное из них —
теломерная ДНК плодовой мухи дрозофилы. Она представлена не короткими
повторами, а ретротранспозонами — подвижными генетическими элементами.
Очень важная характеристика теломерных ДНК — их длина. У человека она
колеблется от 2 до 20 тыс. пар оснований (т.п.о.), а у некоторых видов мышей
может достигать сотен т.п.о.
Рзвестно, что около теломер есть специальные белки, обеспечивающие РёС… работу
и участвующие в построении теломер. Доказано, что для нормального
функционирования каждая линейная ДНК должна иметь две теломеры: по одной
теломере на каждый конец.
                      Концевая недорепликация ДНК.В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
Рзвестно, что ДНК-полимеразы, синтезируя дочернюю цепь ДНК, прочитывают
родительскую цепь в направлении от ее 3'-конца к 5'-концу. Соответственно
дочерняя цепь синтезируется в направлении 5' → 3'. В противоположном
направлении синтез цепи ДНК фермент катализировать не может (рис. 5). Кроме
того, ДНК-полимераза начинает синтез только со специального   РНК-праймера —
короткой РНК-затравки, комплементарной ДНК. После окончания синтеза ДНК РНК-
праймеры удаляются, а пропуски в одной из дочерних цепей ДНК заполняются ДНК-
полимеразой. Однако на 3'-конце ДНК такой пропуск заполнен быть не может, и
поэтому 3'-концевые участки ДНК остаются однотяжевыми, а их 5'-концевые
участки — недореплицированными. Отсюда ясно, что каждый раунд репликации
хромосом будет приводить к их укорочению. Понятно, что прежде всего должна
сокращаться длина теломерной ДНК.
Ртим-то Рё объясняется «лимит Хейфлика», так как после того, как длина теломерной
ДНК становится угрожающе низкой, наступает период кризиса — неспособности
клетки к дальнейшему делению, а затем и её смерть. Хотя в культурах клеток
in vitro клетки и погибают от укорочения теломер, но для клеток in vivo
нормального организма это практически невозможно. Так, согласно недавним
наблюдениям Озавы (см. Ozawa, T., Biosci. Rep. (1997) in press) 89%
митохондриальной ДНК в митохондриях сердца 97-летнего старика содержали
обширные делеции, критичные для репликации и транскрипции. Тем не менее, этот
человек умер не от сердечной недостаточности, а от рака желудка. Нетрудно
представить себе, что дальнейшее нарастание дисфункции митохондриальной ДНК всё
же привело бы старика в недалёком будущем к смерти и это вряд ли имело
отношение к укорочению ядерной ДНК.
Первым на проблему "концевой недорепликации ДНК" обратил внимание А.М.
Оловников в 1971 году. Он высказал гипотезу о том, что потеря концевых
последовательностей ДНК вследствие их недорепликации ведет к старению клетки.
Предполагалось, что процесс укорочения теломер и есть тот часовой механизм,
который определяет репликативный потенциал "смертной" клетки, и когда длина
теломер становится угрожающе короткой, этот механизм предотвращает дальнейшее
деление клетки. А.М. Оловников предположил также, что в нестареющих клетках
(а к ним кроме раковых относятся зародышевые, стволовые и другие генеративные
клетки) должна существовать специализированная ферментативная система,
которая контролирует и поддерживает длину теломерной ДНК.
Гипотеза А.М. Оловникова нашла убедительное подтверждение в последующие годы.
Во-первых, было установлено, что теломеры нормальных (то есть обреченных на
старение) клеток действительно укорачиваются на 50-60 нуклеотидных звеньев
РїСЂРё каждом клеточном делении. Р’Рѕ-вторых, РІ 1984 РіРѕРґСѓ Р. Блэкберн Рё Р. Грайдер
выделили фермент, который с помощью механизма, отличного от механизма
реакций, лежащих РІ РѕСЃРЅРѕРІРµ репликации ДНК, синтезирует теломерную ДНК. Ртот
фермент был назван, теломеразой.
                        Как работает теломераза.В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
Ртак, РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРµ назначение теломеразы — синтезировать повторяющиеся сегменты
ДНК, из которых состоит G-цепь теломерной ДНК. Таким образом, она относится к
классу ДНК-полимераз, причем оказалось, что теломераза — это РНК-зависимая
ДНК-полимераза или обратная транскриптаза. Ферменты этого класса,
синтезирующие ДНК на РНК-матрицах, очень хорошо известны молекулярным
биологам. Они закодированы и содержатся в ретровирусах (например, в вирусе
иммунодефицита человека, вызывающем заболевание РЎРџРДом) Рё служат для синтеза
ДНК-копий их геномов, который в ретровирусе представлен РНК. В клеточном
геноме обратные транскриптазы закодированы в ретротранспозонах.
РНК, используемая теломеразой для синтеза теломерной ДНК в качестве матрицы,
входит в состав этого фермента. В этом уникальность теломеразы: на сегодня
это единственная известная РНК-содержащая обратная транскриптаза.
Теломеразные РНК у разных организмов сильно различаются по длине и структуре.
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 аномально длинную РНК (около 1300 н. о.).
Матричный участок представлен в теломеразной РНК только один раз. Его длина не
превышает длину двух повторов в теломерной ДНК, которые он кодирует и
которым он комплементарен.
Так как 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. Рсточником энергии для такого перемещения, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, служит сама
реакция синтеза цепи теломерной ДНК, поскольку дезоксинуклеозидтрифосфаты —
субстраты этой реакции — высокоэнергетические вещества.
На рис. 6 изображена общепринятая схема механизма синтеза теломерных
повторов, катализируемого теломеразой. На первой стадии теломераза находит
3'-конец теломерной ДНК, с которым часть матричного участка теломеразной РНК
образует комплементарный комплекс. При этом теломераза использует 3'-конец
хромосомной ДНК в качестве праймера. Далее наступает очередь РНК-зависимой
ДНК-полимеразной активности теломеразы. Она обеспечивается специальной
субъединицей теломеразы, которая по устройству своего каталитического центра
во многом сходна с обратными транскриптазами ретровирусов и
ретротранспозонов. Когда синтез ДНК-повтора заканчивается, происходит
транслокация, то есть перемещение матрицы и белковых субъединиц фермента на
заново синтезированный конец теломерной ДНК, и весь цикл повторяется вновь.
Рто схематичное представление является весьма условным, так как для
построения теломер требуется еще много субъединиц, например, отвечающих за
нахождение 3’-конца ДНК, или субъединицы, отвечающие за транслокацию, и т.д.
В
yaneuch.ru
Карагандинский Государственный Медицинский Университет.
В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
Кафедра: Молекулярной биологии
и Генетики
РЎР РЎ
на тему: «Теломеры. Теломеразная активность.»  В
Подготовил: Баяшов Е.Н.
РіСЂ. 148 РћРњР¤.В В
                                  Проверила:В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
Караганда 2011г.
Содержание
ВведениеВ
теломеры
Строение теломерВ
Структура теломер. Зелёным цветом показан ион металла, хелатированный в центре структуры
Функции
ВГипотеза А.Рњ. Оловникова
В В "КОНЦЕВАЯ НЕДОРЕПЛРРљРђР¦РРЇ ДНК"В В
ДНК-полимеразы, синтезируя дочернюю цепь ДНК, прочитывают родительскую цепь в направлении от ее 3'-конца к 5'-концу. Соответственно дочерняя цепь синтезируется в направлении 5' 3'. В противоположном направлении синтез цепи ДНК фермент катализировать не может.
ДНК-полимераза начинает синтез только со специального РНК-праймера - короткой РНК-затравки, комплементарной ДНК.
После окончания синтеза ДНК РНК-праймеры удаляются, а пропуски в одной из дочерних цепей ДНК заполняются ДНК-полимеразой. Однако на 3'-конце ДНК такой пропуск заполнен быть не может, и поэтому 3'-концевые участки ДНК остаются однотяжевыми, а их 5'-концевые участки - недореплицированными.
Отсюда ясно, что каждый раунд репликации хромосом будет приводить к их укорочению.
Понятно, что прежде всего должна сокращаться длина теломерной ДНК.
ТеломеразаВ
Гипотеза А.Рњ. Оловникова нашла убедительное подтверждение в последующие годы. В
Теломеразы являются рибонуклеиновыми ферментами. Р РќРљ-компонент теломераз содержит короткий район, комплементарный одному повтору G-богатой цепи теломерной ДНК.В
Механизм действия теломеразыВ
 Необходимо отметить, что теломераза синтезирует лишь небольшой участок теломеры, утрачиваемый вследствие концевой репликации.
 Основная же часть теломерной ДНК реплицируется путем обычного синтеза ведущей и отстающей цепей с помощью ДНК-полимеразы.В В В В В В
Теломеразная активность
Теломеразная активность соматических клетокВ
Теломеразная активность раковых клеток
Рак без теломераз?В
Рак кожиВ
Рак легких
Стволовые клеткиВ
одна из которых останется стволовой ("бессмертной"),В
Р° другая вступит в процесс дифференцировкиВ
РЈ стволовой клетки всегда есть возможность дать две дочерние клетки,В
student.zoomru.ru
РђРћ «МЕДРР¦РРќРЎРљРР™ РЈРќРВЕРСРТЕТ РђРЎРўРђРќРђВ»
Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
Теломеры.
Теломеразная активность.
В
В
В
В
В
В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
                                Выполнила: Нурлан Л. 135-ОМ
                                                                                     Проверила: Мироедова Р. Рџ.
В
В
В
В
В
В
В
Астана 2015
В
В
План
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
                                                  ВведениеВ
В
Теломераза - рибонуклеопротеин, который удлиняет концы хромосом (теломеры), укорачивающиеся при репликации ДНК. Активность теломеразы рассматривается как потенциальный маркер физиологического резерва организма: длительность активного функционирования клетки, пролиферативного потенциала, а длину теломер – «клеточными часами», ограничивающими число возможных делений клетки. Физические нагрузки приводят к увеличению активности теломеразы и количества теломеразной обратной транскриптазы и белка TRF (Terminal Restriction Fragment) в миокарде, лейкоцитах и эндотелиальных клетках и к предотвращению укорочения теломер в них. При миопатическом синдроме у спортсменов, сопровождающимся усталостью, средняя длина теломер в мышцах спортсменов меньше, чем у здоровых спортсменов, при этом у некоторых индивидов наблюдались экстремально короткие теломеры, что может объясняться повышенной частотой регенерации мышц у интенсивно тренирующихся спортсменов. Было установлено, что физические нагрузки силового характера также приводят к незначительному укорочению теломер в скелетных мышцах индивидов. Одним из открытых вопросов на сегодня остается поиск биологических маркеров эффективности тренировок. Можно предположить, что изменения теломеразной активности как маркер пролиферативного потенциала может отражать эффективность тренировок. До настоящего времени проверялись, в основном, изменения теломеразной активности при долговременных тренировках. Другой очень важной проблемой является оценка предела, до которого можно увеличивать интенсивность нагрузок, в частности, чтобы не возникало синдрома перетренированности. С целью поиска таких показателей предлагается оценка средней длины теломер в скелетных мышцах, поскольку именно теломеры определяют резерв числа делений клеток. Таким образом, разработка методических рекомендаций по определению физиологического резерва спортсмена на основе изучения теломеразной активности и длины теломер клеток является актуальной проблемой спортивной медицины.
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
ТЕЛОМЕРЫ
Р’Рѕ РјРЅРѕРіРёС… современных учебниках теломерами называют специализованные концевые районы линейной С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРЅРѕР№ ДНК, состоящие РёР· многократно повторяющихся коротких нуклеотидных последовательностей. Рто определение неполное. Р’ состав теломер РІС…РѕРґСЏС‚ также РјРЅРѕРіРёРµ белки, специфически связывающиеся СЃ теломерными ДНК-повторами. Таким образом, теломеры (так же, как Рё РІСЃРµ РґСЂСѓРіРёРµ районы С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ эукариот) построены РёР· дезоксинуклеопротеидов (ДНП), то есть комплексов ДНК СЃ белками.
Существование специальных структур на концах хромосом было постулировано в 1938 году классиками генетики, лауреатами Нобелевской премии Барбарой Мак-Клинток и Германом Мюллером. Независимо друг от друга они обнаружили, что фрагментация хромосом (под действием рентгеновского облучения) и появление у них дополнительных концов ведут к хромосомным перестройкам и деградации хромосом. В сохранности оставались лишь области хромосом, прилегающие к их естественным концам. Лишенные концевых теломер, хромосомы начинают сливаться с большой частотой, что ведет к тяжелым генетическим аномалиям. Следовательно, заключили они, естественные концы линейных хромосом защищены специальными структурами. Г. Мюллер предложил называть их теломерами (от греч. телос - конец и мерос - часть).
В последующие годы выяснилось, что теломеры не только предотвращают деградацию и слияние хромосом (и тем самым поддерживают целостность генома хозяйской клетки), но и, по-видимому, ответственны за прикрепление хромосом к специальной внутриядерной структуре (своеобразному скелету клеточного ядра), называемой ядерным матриксом. Таким образом, теломеры играют важную роль в создании специфической архитектуры и внутренней упорядоченности клеточного ядра. Более того, мы покажем, что наличие на концах хромосом специальной теломерной ДНК позволяет решить так называемую проблему концевой недорепликации ДНК.
Теломерная ДНК попала в поле зрения молекулярных биологов сравнительно недавно, когда были разработаны эффективные методы определения последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Первыми объектами исследования были одноклеточные простейшие (ресничная инфузория тетрахимена, в частности), поскольку из-за особенностей строения ядерного и хромосомного аппарата они содержат несколько десятков тысяч очень мелких хромосом и, следовательно, множество теломер в одной клетке (для сравнения: у высших эукариот на клетку приходится менее ста теломер).
Многократно повторяющиеся блоки в теломерной ДНК простейших состоят всего лишь из шести-восьми нуклеотидных остатков. При этом одна цепь ДНК сильно обогащена остатками гуаниловой кислоты (G-богатая цепь; у тетрахимены она построена из блоков TTGGGG), а комплементарная ей цепь ДНК соответственно обогащена остатками цитидиловой кислоты (С-богатая цепь).
У дрожжей повторяющиеся блоки в теломерной ДНК заметно длиннее, чем у простейших, и зачастую не столь регулярные. Каково же было удивление ученых, когда оказалось, что теломерная ДНК человека построена из TTAGGG-блоков, то есть отличается от простейших всего лишь одной буквой в повторе. Более того, из TTAGGG-блоков построены теломерные ДНК (вернее, их G-богатые цепи) всех млекопитающих, рептилий, амфибий, птиц и рыб. Столь же универсален теломерный ДНК-повтор у растений: не только у всех наземных растений, но даже у их весьма отдаленных родственников - морских водорослей он представлен последовательностью TTTAGGG. Впрочем, удивляться здесь особенно нечему, так как в теломерной ДНК не закодировано никаких белков (она не содержит генов), а у всех организмов теломеры выполняют универсальные функции, речь о которых шла выше. Правда, как это часто бывает в живой природе, из этого общего правила есть редкие, но важные исключения. Наиболее известное из них - теломерная ДНК плодовой мухи дрозофилы. Она представлена не короткими повторами, а ретротранспозонами - подвижными генетическими элементами (подробнее о подвижных генетических элементах и роли ретротранспозонов в образовании теломер см. в статьях В.М. Глазера "Гомологичная генетическая рекомбинация" и "Генетическая рекомбинация без гомологии: процессы, ведущие к перестройкам в геноме" и В.А. Гвоздева "Подвижная ДНК эукариот. Ч. 1-2" в "Соросовском Образовательном Журнале" (1998. ╧ 7, 8).
Очень важная характеристика теломерных ДНК - их длина. У человека она колеблется от 2 до 20 тыс. пар оснований (т.п.о.), а у некоторых видов мышей может достигать сотен т.п.о.
Было замечено, что Сѓ РјРЅРѕРіРёС… РІРёРґРѕРІ двуспиральная теломерная ДНК РЅР° самом конце содержит однотяжевой "С…РІРѕСЃС‚". Ртот однотяжевой район теломерной ДНК представлен ее G-богатой цепью Рё заканчивается СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕР№ 3'-гидроксильной РіСЂСѓРїРїРѕР№. Соответственно белки теломер принято подразделять РЅР° РґРІРµ РіСЂСѓРїРїС‹: белки, которые связаны СЃ однотяжевой теломерной ДНК, Рё белки, связанные СЃ двутяжевой ДНК теломеры. Рти белки изучаются весьма интенсивно, РЅРѕ знаем РјС‹ Рѕ РЅРёС… еще мало. Нет сомнений РІ том, что теломерные белки участвуют РІРѕ всех функциях теломер, поддерживая РёС… структуру Рё регулируя длину теломерной ДНК (как РјС‹ СѓРІРёРґРёРј ниже, длина теломер - чрезвычайно важный параметр). Установлено, что некоторые РёР· белков, ассоциированных СЃ двуспиральной теломерной ДНК, регулируют активность определенных генов, повышая или подавляя РёС… экспрессию. Р’ качестве примера можно привести дрожжевой белок Rap1p. Ртот ДНК-связывающий белок, несомненно, принимает участие РІ регуляции длины теломерной ДНК. Р’ то же время, даже будучи РІ составе теломеры, РѕРЅ участвует РІ активации Рё репрессии транскрипции. Рто означает, что изменения или нарушения РІ структуре теломер РјРѕРіСѓС‚ затрагивать РЅРµ только РёС… собственные функции, РЅРѕ Рё экспрессию жизненно важных генов, находящихся РІ РґСЂСѓРіРёС… районах С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. РљСЂРѕРјРµ того, важные для поддержания общей структуры С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј белки располагаются РЅР° ДНК, непосредственно примыкающей Рє теломерной (РёРЅРѕРіРґР° ее называют субтеломерной ДНК).
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
Строение и функции теломер.
Р’ клетках человека теломеры обычно представлены одноцепочечной ДНК Рё состоят РёР· несколько тысяч повторяющихся единиц последовательности ТТАГГГ. Рти последовательности СЃ высоким содержанием гуанина стабилизируют концы С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј, формируя очень необычные структуры, называемые G – квадруплексами Рё состоящие РёР· четырех, Р° РЅРµ РґРІСѓС… взаимодействующих оснований. Четыре гуаниновых основания, РІСЃРµ атомы которых находятся РІ РѕРґРЅРѕР№ плоскости, образуют пластинку, стабилизированную водородными СЃРІСЏР·СЏРјРё между основаниями Рё хелотированием РІ центре нее РёРѕРЅР° металла (чаще всего калия). Рти пластинки располагаются стопкой РґСЂСѓРі над РґСЂСѓРіРѕРј.
РћРґРЅР° РёР· основных функций теломер - это защита генетической информации С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј РїСЂРё делении клеток. Критически короткие теломеры неспособны защитить С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ РѕС‚ повреждения РїСЂРё митозе (деление клетки). РС… появление является сигналом для выхода клеток РёР· митотического цикла. Критическим укорочением теломеры считается величина 3000-5000 пар нуклеотидов или менее 2 Рєb. Если этой величины достигает хотя Р±С‹ РѕРґРЅР° теломера, то РІ клетке РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ резкое изменение метаболизма, Рё РІ первую очередь нарушение репликации ДНК, которые запускают механизмы клеточного сенесенса (репликативное старение) Рё апоптоза (гибель, разрушение клетки). Рсключением РёР· этого правила являются так называемые «иммортальные» (бессмертные) клетки, Рє которым относятся половые клетки, стволовые тотипотентные (способные дифференцироваться РІ любые клетки организма) клетки, Р° также клетки злокачественных опухолей, способные делиться неограниченное число раз.
Основная функция этих участков — поддержание целостности концов хромосом. Теломера содержит специальные последовательности ДНК, обеспечивающие точную репликацию хромосом. Кроме своей роли в репликации и кэпировании хромосом теломеры, участвуют в мейотическом спаривании хромосомом, мейотической и митотической сегрегации хромосом и в организации ядра, ответственны к ядерным за прикрепление хромосом матриксом. Теломеры также защищают концы ДНК от деградации экзонуклеазами и предотвращают активацию системы репарации. У большинства эукариот теломеры состоят из простых, коротких повторов, которые восстанавливаются ферментом теломеразой. Теломерные функции регулируются как механизмами на основе нуклеотидных последовательностей, так и эпигенетическими механизмами.
В
В
В
В
Гипотеза Оловникова А. М.
Оловников А. М. в 1971 году выдвинул гипотезу маргинотомии для объяснения феномена лимита Хейфлика. Согласно этой гипотезе лимит Хейфлика объясняется тем, что у эукариот при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются. У хромосом имеются особые концевые участки — теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче, и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться и со временем постепенно теряет жизнеспособность.
А. М. Оловников предполагал, что «нестарение» бактерий обусловлено кольцевой формой ДНК, а теломерные последовательности в стволовых и раковых клетках защищены благодаря постоянному их удлинению при каждом делении клетки ферментом теломеразой.
Значительная часть теоретических разработок А. М. Оловникова посвящены феноменам старения и онтогенеза. Он пытался объяснить в свете своей гипотезы феномены старения, канцерогенеза и иммунных реакций.
В 1998 году вывод о теломерном механизме ограничения числа делений клетки был экспериментально подтверждён. Лимит Хейфлика преодолён активацией теломеразы.
Стремительный прогресс познания в областях клеточной и молекулярной биологии опять, как будто расставил все точки над «i». В 90 годах ХХ века и первом десятилетии ХХI веков стало ясно, что организм любого вида Metazoa состоит из двух клеточных пулов: стволовых клеток, которые не имеют внутренней причины старения и остальных специализированных клеток сомы с ограниченным регенерационным потенциалом и подверженных клеточному старению как от действия теломерно-теломеразного механизма, так и от стохастических причин. Такие постаревшие и переставшие делиться клетки элиминируются из организма апоптозом. Пул стволовых клеток пополняется путем симметричного митоза стволовых клеток, а пул соматических клеток пополняется асимметричным митозом тех же стволовых клеток. Стало ясно и то, что многоклеточному организму необходимо избавляться от поврежденных клеток, способных в случае их выживания давать клон клеток с нарушенными свойствами и функциями, что может грозить непредсказуемыми последствиями (например, образованием злокачественной опухоли). Поэтому, уничтожение апоптозом клеток, достигших лимита Хейфлика только частный случай сохранения морфологического и функционального гомеостаза организма. Другими словами, генетический контроль продолжительности жизни клетки, основанный на контроле за числом её митозов — это только один из механизмов, позволяющих исключить из клеточной популяции долгоживущие клетки, которые за время своего существования (у человека — это многие десятилетия) возможно, сумели в результате суммации молекулярных и метаболических ошибок приобрести признаки вредные для существования организма.
В рассматриваемый период наука признала существование потенциально бессмертных и демонстрирующих пренебрежимое старение. То есть, старение — не обязательный атрибут существования многоклеточных организмов, ибо многие виды прекрасно обходятся без него. Общеизвестно, что стареющие и нестареющие формы имеют одни и те клеточные механизмы, в том числе теломерно-теломеразный механизм старения клеток и апоптоз. В данном случае уместна цитата из Л. Хейфлика: «…я не верю в то, что старение и смерть людей наступает вследствие прекращения деления их клеток».
referat911.ru
КГМУ
В
В
В
В
В
В
Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики
СРС по теме: Теломеры. Теломеразная активность
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
                          Выполнил: студент группы 1-005 специальность «Стоматология» Похилец Е. Г.
Проверила:
В
Караганда 2014
РќР° концах линейных С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј эукариот находятся специализированные ДНК-белковые структуры – теломеры. РЈ большинства организмов теломерная ДНК представлена многочисленными короткими поворотами. РС… синтез осуществляется необычным Р РќРљ – содержащим ферментом теломеразой. Р’ реферате обсуждаются функции теломера, открытие Рё РёС… исследование, СЃРІСЏР·СЊ длины теломерных районов С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј Рё активности теломеразы СЃ процессами старения Рё злокачественного роста Рё то как работает теломера.
Теломеры  Теломеры- это район С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹, локализованный РЅР° ее конце. РҐСЂРѕРјРѕСЃРѕРјР° имееет РґРІРµ теломеры. Теломера содержит специальные последовательности ДНК, обеспечивающие точную репликацию С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Для теломерных участков С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј характерна значительная гетерогенность РІ разных клетках Рё тканях даже РѕРґРЅРѕРіРѕ организма. Еще более разительными оказываются межвидовые различия РІ размерах теломер - РѕС‚ примерно 50 Рї.Рѕ. РІ клетках жгутиковых РґРѕ 50 С‚.Рї.Рѕ. Сѓ РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· РІРёРґРѕРІ мышей.В РЈ человека теломеры содержат единственный повтор GGGTTA. Длина ДНК РІ теломерах С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј человека варьирует Рё РІ клетках зародышевой линии составляет 10-15 С‚.Рї.Рѕ, Р° РІ лейкоцитах периферической РєСЂРѕРІРё - 5-12 С‚.Рї.Рѕ. РЈ дрожжей длина теломер приближается Рє 300 Рї.Рѕ., Рё РѕРЅРё составлены неидентичными повторами C1-3A/TG1-3. Наличие Сѓ животных тканеспецифичности РІ распределении теломер РїРѕ размерам, Р° также изменение размеров этих последовательностей РІ онтогенезе предполагают существование механизмов, регулирующих данный процесс. Для активной пролиферации клеток теломерные последовательности РЅРµ должны становиться короче определенного РїРѕСЂРѕРіРѕРІРѕРіРѕ размера. Рсследования обнаружили резкое повышение активности теломераз, характерное для опухолевых клеток, что служит физиологическим маркером РёС… злокачественного перерождения. Поэтому РІ качестве РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· РїРѕРґС…РѕРґРѕРІ Рє терапии опухолей рассматривают подавление активности теломераз, функционирование которых, как полагают, необходимо для иммортализации клеток Рё роста опухолей.  Функции теломера  1. Некоторые функции можно условно обозначить как механические.В Р°) Теломеры участвуют РІ фиксации С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј Рє ядерному матриксу. Рто важно для правильной ориентации С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј РІ СЏРґСЂРµ, Рё данное обстоятельство особенно проявляется РІ мейозе.В РќР° зиготенной стадии профазы мейоза РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ направленные перемещения концов С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј РЅР° поверхности ядерной мембраны — так, что концы гомологичных С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј смыкаются Рё СЃ РЅРёС… начинается спаривание (конъюгация) этих С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј строго однородными участками.В Р±) РљСЂРѕРјРµ того, теломеры сцепляют РґСЂСѓРі СЃ РґСЂСѓРіРѕРј концы сестринских хроматид (образующихся РІ С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРµ после S-фазы). Возможно, это сцепление РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ Р·Р° счет гибридизации теломер сестринских ДНК.В Р’ то же время структура теломер такова, что допускает расхождение хроматид РІ анафазе. Однако возможна мутация (РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ гена теломеразной Р РќРљ; СЃРј ниже), которая меняет РЅСѓ-клеотидную последовательность теломер; тогда расхождение хроматид блокируется.В В 2. Функции второй РіСЂСѓРїРїС‹ — стабилизационные.В Р°) Важнейшая РёР· РЅРёС… нам уже знакома: если РІ клетке нет теломеразы (или ALT), то наличие теломер предохраняет РѕС‚ недорепликации генетически значимые отделы ДНК.В Р±) Если же РІ клетке есть теломеразная активность, то появляется еще РѕРґРЅР° возможность — стабилизация концов разорванных С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Так, РїСЂРё случайном разрыве С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ образуются фрагменты, РЅР° РѕРґРЅРѕРј или РЅР° РѕР±РѕРёС… концах которых нет теломерных повторов. Р’ отсутствие теломеразы эти фрагменты претерпевают слияния Рё деградацию, что блокирует клеточный цикл Рё ведет клетку Рє гибели.В Р’ присутствии же теломеразы Рє местам разрыва присоединяется теломерная ДНК. Рто стабилизирует хромосомные фрагменты Рё позволяет РёРј функционировать.В Р’ частности, данный феномен обнаружен Сѓ больных Р°-та-лассемией: РІ генах Р°-глобина РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ разрывы С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ 16q, Рё Рє поврежденному концу добавляются теломерные повторы.В В 3. Влияние РЅР° экспрессию генов. Еще РѕРґРЅРѕ интереснейшее свойство теломер обозначается как фф С‚ положения: активность генов, расположенных СЂСЏРґРѕРј СЃ теломерами, снижена (репрессирована). Такой эффект часто обозначается как транскрипционное молчание, или сайленсинг.В РџСЂРё значительном же укорочении теломер эффект положения пропадает Рё прителомерные гены активируются.В Р°) Сайленсинг может быть результатом действия белков (таких, как Rapl или TFR1), взаимодействующих СЃ теломерами. Тем более, как уже отмечалось, эти белки снижают доступность теломерной ДНК для целого СЂСЏРґР° ферментов.В Р±) РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, эффект положения может быть обусловлен близостью Рє ядерной оболочке. Так, РїРѕ гипотезе Рђ. Рњ. Оловникова, РІ этой оболочке РјРѕРіСѓС‚ располагаться РЎР°2'-каналы, Рё поток РёРѕРЅРѕРІ РЎР°" влияет РЅР° взаимодействие белков СЃ близлежащими генами.В Рффект положения может коснуться Рё внутренних генов, если какой-РЅРёР±СѓРґСЊ РёР· таких генов становится транспозоном (геном, способным Рє перемещению РІ РґСЂСѓРіРѕР№ участок ДНК) Рё встраивается РІ теломерную область. Рли если РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ разрыв С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ Рё образование РЅР° концах разрыва теломерных повторов: СЃ помощью последних становится, возможно, связывание теломерных белков Рё прикрепление Рє ядерной мембране.В В 4. «Счетная» функция. Наконец, теломерные отделы ДНК выступают РІ качестве часового устройства (С‚. РЅ. репликометра), которое отсчитывает количество делений клетки после исчезновения теломеразной активности. Действительно, как уже отмечалось, каждое деление РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє укорочению теломеры РЅР° 50-65 РЅ. Рї. Причем гораздо важней для клетки РЅРµ то, сколько делений уже прошло, Р° сколько еще осталось РґРѕ критического укорочения теломеры. Поэтому можно сказать Рё так, что теломеры — устройство, определяющее количество делений, которые СЃРїРѕСЃРѕР±РЅР° совершить нормальная клетка РІ отсутствие теломеразы.  Достигая же критически короткой длины, теломеры теряют возможность выполнять РІСЃРµ или РјРЅРѕРіРёРµ РёР· вышеперечисленных функций. Нарушается клеточный цикл, Рё РІ конечном счете клетка погибает.   Теломераза Теломераза это фермент, добавляющий последовательности нуклеотидов Рє 3'-концу цепи ДНК РЅР° участках теломер, которые находятся РЅР° концах С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Теломеры содержащие уплотненную ДНК стабилизируют С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹. РџСЂРё делении клетки теломерные участки укорачиваются. Существование теломеразы, было предсказано РІ 1972 РіРѕРґСѓ Рђ.Рњ. Оловниковым. Теломераза является обратной транскриптазой, СЃ ней связана особая молекула Р РќРљ, использующаяся РІ качестве матрицы для обратной транскрипции РІ процессе удлинения теломер. Теломераза удлиняя теломерные участки компенсирует концевую недорепликацию позволяя клетке делиться неограниченное число раз.В Р РќРљ входящая РІ состав теломеразы присутствует практически РІРѕ всех клетках Р° для её активации необходим белковый компонент называемый каталическим компонентом теломеразы. Клетки обычных тканей лишены теломеразной активности, теломераза экспрессируется РІ половых, стволовых Рё некоторых РґСЂСѓРіРёС… клетках которые должны постоянно делиться. Активация теломеразы РІ обычных тканях вызывает РёС… перерождение РІ раковые клетки. Молекула теломеразы состоит РёР· дискерина, теломеразной Р РќРљ, теломеразной обратной транскриптазы. Обратная транскриптаза добавляет последовательность РёР· шести нуклеотидов 5'-ТТАГГГ Рє 3'-нити С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Рти последовательности ТТАГГГ вместе СЃРѕ СЃРІРѕРёРјРё парными белками, Рё называются теломерами. Шаблонный участок теломеразной Р РќРљ содержит последовательность нуклеотидов 3'-ЦААУЦЦЦААУЦ-5'. Теломераза связывает первые нуклеотиды шаблона СЃ последней теломерной последовательностью РЅР° С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРµ, Рё добавляет новый участок (5'-ГГТТАГ-3'), отделяется, связывает новый 3'-конец теломеры СЃ шаблоном Рё повторяет весь процесс заново.
Теломеразная активность   Теломеразная активность — активность теломеразы, фермента, который СЃ помощью РѕСЃРѕР±РѕРіРѕ механизма синтезирует теломерную ДНК, Рё тем самым влияет РЅР° СЂРѕСЃС‚ клеток. Высокая активность теломеразы свойственна половым Рё стволовым клеткам. Как только стволовые клетки начинают дифференцироваться, теломеразная активность падает, Р° РёС… теломеры начинают укорачиваться. Теломеры (РѕС‚ РґСЂ.-греч. П„ОО»ОїП‚ — конец Рё ОјОПЃОїП‚ — часть) — концевые участки С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Теломерные участки С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј характеризуются отсутствием способности Рє соединению СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё хромосомами или РёС… фрагментами Рё выполняют защитную функцию. Термин «теломера» предложил Р“.Мёллер РІ 1932 Рі[1].В РЈ большинства эукариот теломеры состоят РёР· специализированной линейной С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРЅРѕР№ ДНК, состоящей РёР· коротких тандемных повторов. Р’ теломерных участках С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј ДНК вместе СЃРѕ специфически связывающимися СЃ теломерными ДНК-повторами белками образует нуклеопротеидный комплекс — конститутивный (структурный) теломерный гетерохроматин. Теломерные повторы — весьма консервативные последовательности, например, повторы всех позвоночных состоят РёР· шести нуклеотидов TTAGGG, повторы всех насекомых — TTAGG, повторы большинства растений — TTTAGGG. Ученые РёР· университета Кардиффа (Cardiff University) установили, что критическая длина человеческой теломеры, РїСЂРё которой С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ начинают соединяться РґСЂСѓРі СЃ РґСЂСѓРіРѕРј, составляет 12,8 теломерных повторов[2].В Р’ каждом цикле деления теломеры клетки укорачиваются РёР·-Р·Р° неспособности ДНК-полимеразы синтезировать РєРѕРїРёСЋ ДНК СЃ самого конца. РћРЅР° РІ состоянии лишь добавлять нуклеотиды Рє уже существующей 3’-гидроксильной РіСЂСѓРїРїРµ. РџРѕ этой причине ДНК-полимераза нуждается РІ праймере, Рє которому РѕРЅР° могла Р±С‹ добавить первый нуклеотид. Данный феномен РЅРѕСЃРёС‚ название концевой недорепликации Рё является РѕРґРЅРёРј РёР· важнейших факторов биологического старения. Тем РЅРµ менее, вследствие этого явления теломеры должны укорачиваться весьма медленно - РїРѕ несколько (3-6) нуклеотидов Р·Р° клеточный цикл, С‚.Рµ. Р·Р° количество делений, соответствующее пределу Хейфлика, РѕРЅРё укоротятся всего РЅР° 150-300 нуклеотидов. Р’ настоящее время предложена эпигенетическая теория старения, которая предполагает, что СЌСЂРѕР·РёСЏ теломер ускоряется РІ десятки Рё сотни раз РёР·-Р·Р° рекомбинаций РІ РёС… ДНК, вызванных функционированием клеточных систем репарации ДНК. Активность данных систем инициируется повреждением ДНК, обусловленном прежде всего дерепрессирующимися СЃ возрастом мобильными элементами генома, что Рё предопределяет старение как биологический феномен[3].  Открытие Рё исследование теломер  За открытие защитных механизмов С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј РѕС‚ концевой недорепликации СЃ помощью теломер Рё теломеразы РІ 2009 РіРѕРґСѓ присуждена Нобелевская премия РїРѕ физиологии Рё медицине австралийке, работающей РІ РЎРЁРђ, Рлизабет Блекберн (Elizabeth Blackburn), американке РљСЌСЂРѕР» Грейдер (Carol Greider) Рё ее соотечественнику Джеку Шостак (Jack Szostack).В Р’Рѕ РјРЅРѕРіРёС… современных учебниках теломерами называют специализованные концевые районы линейной С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРЅРѕР№ ДНК, состоящие РёР· многократно повторяющихся коротких нуклеотидных последовательностей. Рто определение неполное. Р’ состав теломер РІС…РѕРґСЏС‚ также РјРЅРѕРіРёРµ белки, специфически связывающиеся СЃ теломерными ДНК-повторами. Таким образом, теломеры (так же, как Рё РІСЃРµ РґСЂСѓРіРёРµ районы С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ эукариот) построены РёР· дезоксинуклеопротеидов (ДНП), то есть комплексов ДНК СЃ белками. Существование специальных структур РЅР° концах С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј было постулировано РІ 1938 РіРѕРґСѓ классиками генетики, лауреатами Нобелевской премии Барбарой Мак-Клинток и Германом Мёллером. Независимо РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° РѕРЅРё обнаружили, что фрагментация С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј (РїРѕРґ действием рентгеновского облучения) Рё появление Сѓ РЅРёС… дополнительных концов ведут Рє хромосомным перестройкам Рё деградации С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј. Р’ сохранности оставались лишь области С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј, прилегающие Рє РёС… естественным концам. Лишенные концевых теломер, С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјС‹ начинают сливаться СЃ большой частотой, что ведет Рє тяжелым генетическим аномалиям. Следовательно, заключили РѕРЅРё, естественные концы линейных С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј защищены специальными структурами. Р“. Мёллер предложил называть РёС… теломерами (РѕС‚ греч. телос - конец Рё мерос - часть).В Р’ последующие РіРѕРґС‹ выяснилось, что теломеры РЅРµ только предотвращают деградацию Рё слияние С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј (Рё тем самым поддерживают целостность генома С…РѕР·СЏР№СЃРєРѕР№ клетки), РЅРѕ Рё, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, ответственны Р·Р° прикрепление С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј Рє специальной внутриядерной структуре (своеобразному скелету клеточного СЏРґСЂР°), называемой ядерным матриксом.   Теломерная ДНК попала РІ поле зрения молекулярных биологов сравнительно недавно, РєРѕРіРґР° были разработаны эффективные методы определения последовательности нуклеотидов РІ нуклеиновых кислотах. Первыми объектами исследования были одноклеточные простейшие (ресничная инфузория тетрахимена, РІ частности), поскольку РёР·-Р·Р° особенностей строения ядерного Рё С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРјРЅРѕРіРѕ аппарата РѕРЅРё содержат несколько десятков тысяч очень мелких С…СЂРѕРјРѕСЃРѕРј Рё, следовательно, множество теломер РІ РѕРґРЅРѕР№ клетке (для сравнения: Сѓ высших эукариот РЅР° клетку приходится менее ста теломер). Многократно повторяющиеся блоки РІ теломерной ДНК простейших состоят всего лишь РёР· шести-РІРѕСЃСЊРјРё нуклеотидных остатков. РџСЂРё этом РѕРґРЅР° цепь ДНК сильно обогащена остатками гуаниловой кислоты (G-богатая цепь; Сѓ тетрахимены РѕРЅР° построена РёР· блоков TTGGGG), Р° комплементарная ей цепь ДНК соответственно обогащена остатками цитидиловой кислоты (РЎ-богатая цепь).В РЈ дрожжей повторяющиеся блоки РІ теломерной ДНК заметно длиннее, чем Сѓ простейших, Рё зачастую РЅРµ столь регулярные. Каково же было удивление ученых, РєРѕРіРґР° оказалось, что теломерная ДНК человека построена РёР· TTAGGG-блоков, то есть отличается РѕС‚ простейших всего лишь РѕРґРЅРѕР№ Р±СѓРєРІРѕР№ РІ повторе. Более того, РёР· TTAGGG-блоков построены теломерные ДНК (вернее, РёС… G-богатые цепи) всех млекопитающих, рептилий, амфибий, птиц Рё рыб. Столь же универсален теломерный ДНК-повтор Сѓ растений: РЅРµ только Сѓ всех наземных растений, РЅРѕ даже Сѓ РёС… весьма отдаленных родственников - РјРѕСЂСЃРєРёС… водорослей РѕРЅ представлен последовательностью TTTAGGG. Впрочем, удивляться здесь особенно нечему, так как РІ теломерной ДНК РЅРµ закодировано никаких белков (РѕРЅР° РЅРµ содержит генов), Р° Сѓ всех организмов теломеры выполняют универсальные функции, речь Рѕ которых шла выше. Правда, как это часто бывает РІ живой РїСЂРёСЂРѕРґРµ, РёР· этого общего правила есть редкие, РЅРѕ важные исключения. Наиболее известное РёР· РЅРёС… - теломерная ДНК плодовой РјСѓС…Рё дрозофилы. РћРЅР° представлена РЅРµ короткими повторами, Р° ретротранспозонами - подвижными генетическими элементами.В
В
В
В
В
yaneuch.ru