Теломеры дрозофилы: механизмы формирования
Несмотря на специфическую функцию в хромосомах, НеТ-А и TART по структуре можно отнести к ДКП-несодержащим ретротранспозонам (ДКП - длинный концевой повтор) LINE-типа. Все LINE-элементы имеют на З'-конце варьирующее количество адениновых оснований (А). Как показано для R2Bm-ретротранспозона , при транспозиции мРНК мобильного элемента связывается своим поли-А-хвостом с последовательностью ДНК, в которой предварительно индуцируется одноцепочечный разрыв [ Luan ea 1993 ]. Синтез первой цепи ДНК на РНК-матрице начинается от З'-конца, который образуется при разрыве в ДНК. На последующих стадиях транспозиции происходит синтез второй цепи ДНК и лигирование разрывов. Все клонированные копии НеТ-А и TART имеют типичный олиго-А-хвост и одинаковую ориентацию по отношению друг к другу - "голова к хвосту" [ Biessman ea 1990 , Biessman ea 1995 , Sheen ea 1994 ]. Такая закономерность в расположении подтверждает механизм транспозиции, представленный на рис. 4а . На основании этого выдвинута гипотеза, что обратная транскриптаза, синтезируя ДНК по РНК присоединившегося ретротранспозона, как и теломераза, использует в качестве затравки З'-конец хромосомы [ Pardue ea 1999 ]. НеТ-А и TART кодируют полипептиды имеющие "цинковые пальцы", которые по структуре гомологичны gag-белкам ретровирусов и ретротранспозонов [ Pardue ea 1999 , Biessman ea 1992 , Levis ea 1993 ]. Более того, эти полипептиды НеТ-А и TART имеют наибольшую гомологию с gag-белками, кодируемыми группой LINE-peтротранспозонов насекомых. TART -элемент также содержит рамку считывания, которая кодирует обратную транскриптазу, имеющую высокую степень гомологии с обратными транскриптазами мобильных элементов группы LINE. НеТ-А не кодирует собственную обратную транскриптазу и в то же время перемещается с большей частотой чем TART-элемент [ Pardue ea 1999 ]. Предполагается, что элемент НеТ-А может использовать обратную транскриптазу TART-элемента либо транскриптазу какого-нибудь другого ретротранспозона. НеТ-А и TART обладают двумя особенностями, которые отличают их от других LINE-ретротранспозонов. Во-первых, эти элементы перемещаются только к теломерам, и, во-вторых, они имеют протяженные некодирующие участки ДНК [ Danilevskaya ea 1998 ]. Предполагается, что некодирующие последовательности важны для формирования теломерного хроматина [ Pardue ea 1999 ]. В частности в З'-нетранслируемой области НеТ-А имеется консервативный участок А-богатых последовательностей, которые могут связывать белки для формирования специфических хроматинных структур.
Однако нами показано, что даже присоединение фрагмента размером более 20 т.п.н. теломерной ДНК, состоящей из элементов НеТ-А и TART, не влияет на транскрипцию гена yellow [ Kahn ea 2000 ]. Инверсии между hobo-элементами , в результате которых промотор гена yellow оказывается в непосредственной близости от теломерных последовательностей НеТ-А и TART, также не приводят к репрессии транскрипции гена yellow [ Zakharenko ea 2000 ]. Наоборот, присоединение небольшого фрагмента субтеломерной ДНК индуцирует репрессию и, как следствие, мозаичную экспрессию гена yellow (Т. Беленькая неопубликовано). Таким образом, возможность образования компактного хроматина на последовательностях мобильных элементов остается открытой.
С этой точки зрения интересно, что размер теломерных последовательностей у дрозофилы почти не регулируется. Размеры теломер могут сильно отличаться и даже колебаться на разных стадиях жизненного цикла. Так, линия дрозофилы Giamo, выделенная из природной популяции, обладает в несколько десятков раз более длинными теломерами, чем другие дикие и лабороторные линии. Однако такое увеличение теломер не влияет на жизнеспособность этой линии (проф. Гатти, личное сообщение). Наконец, в отличие от человека и дрожжей, у Drosophila были получены стабильные терминальные делеции в хромосомах, которые включали как теломерные, так и субтеломерные последовательности [ Biessmann ea 1988 , Biessmann ea 1990 ]. При этом хромосома сохраняла способность к нормальной сегрегации, и наблюдалось только укорачивание ДНК в среднем на 60-80 п.н. за одну генерацию, что является следствием недорепликации ДНК в среднем на 10 п.н. на один цикл репликации. Таким образом, как и у комара A. gambiae, любая последовательность на конце хромосомы Drosophila может выполнять функцию теломеры, т.е. репарационные системы "не узнают" конца терминальной делеции, не происходит деградации за счет действия нуклеаз, концы с терминальными делециями не сшиваются друг с другом. Можно предположить, что концы терминальных делеций, как и концы теломерных последовательностей дрозофилы, защищены неспецифичным к определенным последовательностям белковым комплексом. Это отличает теломеры дрозофилы от теломер, которые защищены специфичным к определенной последовательности белковым комплексом и удлиняются с помощью теломеразы. В лаборатории проф. Гатти (Римский университет, Италия) была выделена целая коллекция мутаций, которые вызывают сшивку между теломерами хромосом. Таким образом, концевые последовательности хромосом должны защищать большие белковые комплексы. Белок НР1 , который является основным компонентом прицентромерного хроматина, неожиданно был обнаружен на конце теломер и терминальных делеций у дрозофилы [ Fanti ea 1998 ]. Мутации в этом гене приводили к сшивке между теломерами, что демонстрирует его значение в защите концевых последовательностей.
Возможно также, что хроматиновые белки нужны для локализации концов хромосом в определенные области ядра, так как хроматиновые белки имеют высокую степень кооперативного взаимодействия и являются одним из основных факторов, определяющих распределение хромосом в ядре.
С точки зрения образования белкового комплекса на конце терминальной делеции интересна наблюдаемая нами нормальная экспрессия гена yellow, промотор которого находится на расстоянии менее 70 п.н. от разрыва на конце терминальной делеции [ Kahn ea 2000 ]. Показано, что для нормальной экспрессии гена необходим ТАТА-промотор (Т. Кан, неопубликованные данные). Возможно, транскрипционный комплекс, который собирается на промоторе, заменяет часть теломерного комплекса на стадии куколки, когда экспрессируется ген yellow. Также можно допустить, что теломерный комплекс связывается непосредственно с концевыми нуклеотидами или теломерный комплекс не мешает связыванию других белков с концом хромосомы.
