Теломеры: элонгация
У большинства организмов последовательности ДНК на концах хромосом состоят из набора простых повторов, в которых длина единицы повтора обычно составляет 5-8 оснований. Эти участки GC-богаты неравномерно по цепям ( таб. 1 кур ) и G-богатая цепь ориентирована своим 3'-концом к концу хромосомы. Поскольку ДНК-полимераза синтезирует только в одном направлении и требует наличия праймера, отстающая цепь в ходе репликации ДНК не может быть реплицирована полностью. Даже если репликация отстающей цепи инициируется на конце хромосомы, то удаление РНК-праймера приводит к возникновению 3'-оверхенга, т.е. 3'-выступающего конца. Кроме того, сейчас стало известно, что 3'-оверхенг образуется и в лидирующей цепи [ Wellinger, ea 1996 ]. Одноцепочечный оверхенг является матрицей для теломеразы - специализированной обратной транскриптазы с внутренней РНК-матрицей. Теломераза уже являлась предметом подробного обзора [ Greider,C.W., ea 1996 ] и не рассматривается здесь детально.
Теломеразная активность была обнаружена в большом числе организмов: от простейших и грибов до человека. РНК-матрица теломеразы содержит последовательности, комплементарные G-цепи теломерного повтора. В Tetrahymena, к примеру, матрица РНК-цепи содержит СААССССАА [ Greider, ea 1989 ]. Мутации большинства из шести 5'-концевых оснований этой последовательности приводят к предсказуемым изменениям в последовательности ДНК теломеры [ Autexier, ea 1996 , Yu, ea 1990 ]. Аналогичные результаты были получены на дрожжах [ McEachern, ea 1995 , Singer, ea 1994 ] и в культуре клеток человека [ Feng, ea 1995 ].
Предполагается, что механизм синтеза теломеры является прерывистым - это специфичное связывание на оверхенге теломеры, полимеризация и транслокация. На первой стадии 3'-конец ДНК-праймера располагается вдоль РНК-матрицы, в то время как лежащая выше последовательность праймера связывается с "якорным" сайтом фермента. После этого короткий участок ДНК копируется с матрицы. В момент достижения концевого участка матрицы происходит новое выравнивание праймера и матрицы. Связывание праймера с якорным сайтом фермента при транслокации предотвращает диссоциацию и позволяет провести следующий цикл полимеризации [ Greider,C.W., ea 1996 ]. Теломераза может также отщеплять нуклеотиды праймера, если он превышает размеры матричного домена РНК-субъединицы [ Cohn. ea 1995 , Collins, ea 1993 , Melek, ea 1996 ].
Это может рассматриваться как функция коррекции и в качестве альтернативы может использоваться для выявления потенциальных теломерных последовательностей в процессе присоединения новых теломерных последовательностей de novo к концу разорванной хромосомы (см. ниже). Хотя последнее событие и происходит, но случается редко.
Для большинства человеческих соматических клеток характерно отсутствие детектируемого уровня теломеразной активности и при размножении популяции клеток теломеры в них укорачиваются. Предполагается, что как только теломеры укорачиваются ниже некоей критической длины, происходит остановка клеточного цикла . Это можно рассматривать как своеобразные митотические часы, которые предотвращают неограниченный рост соматических клеток [ Harley, ea 1991 ].
Однако существуют отдельные клетки, которые преодолевают этот барьер и могут расти неограниченно, т.е. стать бессмертными . Одно из изменений, необходимых для бессмертия, состоит в приобретении способности добавлять теломерные повторы в концы хромосом. Это обычно достигается реактивацией теломеразы и большинство опухолей и бессмертных клеточных линий имеют стабильную длину теломер и теломеразную активность [ Autexier, ea 1996 , Shay, ea 1996 ].
Однако спонтанный переход к бессмертию может происходить и в отсутствие теломеразной активности [ Bryan, ea 1995 , Kim, ea 1994 , Rogan, ea 1995 ].
