Репликация теломеров
ДНК-полимераза не может начинать синтез самостоятельно, она только присоединяет нуклеотиды к 3'-концу затравки. После деградации РНК-затравок образуются бреши. На концах линейной молекулы эти бреши не могут быть застроены ДНК- полимеразой из-за отсутствия свободного 3'-конца. Следовательно, после каждого раунда репликации нить ДНК должна укорачиваться на размер затравки. Необходимы специальные механизмы, препятствующие укорочению хромосом . У дрожжей показана достройка линейных плазмид с короткими теломерными последовательностями. К теломерам тетрахимены (поли С4A2) или Oxytricha (поли С4A4) добавляется последовательность, характерная для дрожжевых теломеров : С1-3A ( Shampay et al., 1984 ; Pluta et al., 1984 ). Очевидно, это процесс, закономерно происходящий в клетке. Показано варьирование размеров теломеров в ходе вегетативного размножения дрожжей.
При сравнении размеров теломеров в клоновых культурах одного штамма использовали рестриктазу PvuII, которая разрезает только теломерные последовательности, содержащие участок X ( Shampay, Blackburn, 1988 ). С помощью пробы на С1-3A последовательность выявили на геле 10 полос, соответствующих теломерам десяти индивидуальных хромосом с участком X. Оказалось, что в различных клоновых культурах значения средней длины теломеров определенной хромосомы варьировали в пределах 200 п.н. и зависели от длины теломеров в исходной клетке, давшей начало клону. Гетерогенность теломеров хромосомы возрастала по мере увеличения времени культивирования. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что теломеры - динамичные структуры, длина которых в ходе репликации может меняться.
Можно представить, что существует механизм, компенсирующий укорочение теломеров в ходе репликации увеличением их длины и механизм, контролирующий, чтобы удлинение не было слишком сильным. Так, увеличение длины хромосомных теломеров наблюдается, если ввести повторы С1-3A на линейных или кольцевых плазмидах. Авторы предположили, что повторы С1-3A связывают некие белковые факторы, препятствующие слишком сильному удлинению теломеров. При увеличении числа сайтов связывания количества клеточных белков может оказаться недостаточным, и средняя длина теломеров начнет возрастсть ( Runge, Zakian, 1989 ). Этот факт сильнее выражен для кольцевых плазмид, видимо потому, что их достройка невозможна, и увеличиваются только хромосомные теломеры.
Маркированы некоторые гены, видимо, связанные с контролем длины теломеров. Укорочение теломеров происходит при уменьшении концентрации в клетке белка RAP1p , связывающегося с ними, а при накоплении этого белка, наоборот, длина теломеров увеличивается ( Zakian et al., 1990 ; Lundblad, Szostak, 1989 ). Мутации в гене CDC17 , кодирующем ДНК-полимеразу I , приводят к удлинению теломеров ( Carson, Hartwell, 1985 ). Получены мутанты с укороченными теломерами: tel1, tel2 ( Lustig, Petes, 1986 ) и est ( Lundblad, Szostak, 1989 ). Что кодируют гены TEL1 и TEL2 пока неясно. В белке, кодируемом геном EST1 найдена короткая аминокислотная последовательность, характерная для обратных транскриптаз, и, в том числе, для теломерной трансфазы , принимающей участие в репликации теломеров простейших ( Lundblad, Blackburn, 1990 ).
Теломерная трансфераза (теломераза) тетрахимены in vitro осуществляет безматричный синтез, достраивая к однонитиевым олигонуклеотидам концевые повторы. В состав фермента входит молекула РНК, которая служит затравкой ( Greider, Blackburn, 1989 ). Возможно, белок EST1p осуществляет сходную реакцию у дрожжей.
Рассматривается еще одна модель репликации теломеров: достройка за счет нереципрокной рекомбинации. Показано, что рекомбинация между теломерными последовательностями возможна. Были сконструированы гибридные линейные молекулы ДНК, теломеры которых различались: на одном конце присутствовала С4А4, на другом - С4A2. В дрожжевой клетке появлялись теломеры, содержащие обе последовательности ( Wang, Zakian, 1990 ). Неясно, имеет ли этот механизм отношение непосредственно к достройке теломеров.
