Хромосомые разрывы и кэпирование концов
Ранние эксперименты по облучению D. melanogaster позволили выделить многочисленные хромосомные перестройки на основе двух или более разрывов хромосом, а концы перестроенных хромосом содержали материал, поступающий с концов исходных хромосом. Простые, одноразрывные делеции и инверсии тогда выявлены не были, что послужило основанием для постулирования специальных структур - теломер - для стабилизации или кэпирования концов хромосом [ Muller, ea 1938 ]. Подобные результаты были получены на разных организмах в экспериментах с использованием разнообразных разрушающих агентов, таких как ионизирующее излучение и химические агенты. Первым исключением явились кольцевые хромосомы, не содержащие концов. Хотя спонтанные и индуцированные мутагенами делеции концов - события редкие, они были зарегистрированы.
Мак-Клинток [ McClintock, ea 1939 , McClintock, ea 1941 ] получила разрывы хромосом кукурузы в анафазе мейоза и обнаружила, что концы разорванных хромосом, попадающих в эндосперм, подвергаются репарации, приводящей к лигированию сестринских разорванных концов после репликации и затем, в анафазе - к образованию мостов. Однако разорванные концы хромосом при попадании в эмбрион стабилизировались. Разрывы, индуцированные в этом эксперименте, были распределены случайно по длине хромосомных плеч и не были проанализированы на молекулярном уровне. Недавно концевые нехватки были выявлены у некоторых организмов, включая D. melanogaster, дрожжи и человека. Хромосомы с предполагаемыми концевыми нехватками встречаются довольно часто у некоторых трав. Гибридизация in situ с использованием растительных теломерных последовательностей в качестве зондов выявила, что концы разорванных хромосом в этих растениях имеют теломерную ДНК [ Wans, ea 1992 , Werner, ea 1992 ].
В большинстве организмов хромосомы и хромосомные фрагменты могут выжить только при наличии теломерной ДНК на концах. Двухцепочечные разрывы ДНК должны быть репарированы, иначе клетка гибнет. Для характеристики образования новых теломер используются различные методы [ Biessmann, ea 1994 , Melek, ea 1996 ]. Это трансформация дрожжевых клеток линейными плазмидами [ Wang, ea 1990 ], анализ запрограммированной хромосомной фрагментации [ Melek, ea 1996 , Yao, ea 1990 ], интеграция теломерных последовательностей в интерстициальные сайты [ Farr, ea 1991 , Hanish, ea 1994 ] и анализ концов разорванных хромосом [ Biessmann, ea 1988 , Flint, ea 1994 ].
Эти подходы дают достаточно согласованную картину образования теломер de novo, о чем говорится ниже. Разрывы хромосом вызывают задержку клеточного цикла, предоставляя время для репарации. Клетки с нерепарированными хромосомами могут возвращаться к митотическому росту после этой задержки, но разорванные хромосомы часто утрачиваются за несколько клеточных циклов [ Sandell, ea 1993 ].
