Теломеры. Теломеразная активность

              Кафедра молекулярной биологии и

                                    медицинской генетики

 

На тему: «Теломеры. Теломеразная  активность.

 

Выполнила: студентка 133 гр., ОМФ, Гумарханова Р.С.                                                     

                                                                           Проверила: преподаватель Татина Е.С.

Конечна жизнь, таков закон.

 

Быть может, дело в теломере.

 

Однако знает только  Он,

 

Как все на самом  деле.

 

И нас любовью одарив.

 

Сплетает жизни нити.

 

И теломерные концы 

 

Вы в детях повторите.

Теломеры (от др.-греч. τέλος — конец и μέρος — часть) — концевые участки хромосом. Теломерные участки хромосом характеризуются отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами и выполняют защитную функцию.

 

Существование специальных  структур на концах хромосом  было 

постулировано 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).

На концах линейных хромосом  находятся специализированные структуры  ДНК, называемые теломерами. Основная  функция этих участков — поддержание  целостности концов хромосом[35]. Теломеры также защищают концы  ДНК от деградации экзонуклеазами  и предотвращают активацию системы  репарации[36]. Поскольку обычные  ДНК-полимеразы не могут реплицировать 3' концы хромосом, это делает специальный  фермент — теломераза.

 

В клетках человека теломеры  обычно представлены одноцепочечной  ДНК и состоят из несколько  тысяч повторяющихся единиц последовательности  ТТАГГГ[37]. Эти последовательности  с высоким содержанием гуанина  стабилизируют концы хромосом, формируя  очень необычные структуры, называемые G-квадруплексами и состоящие  из четырёх, а не двух взаимодействующих  оснований. Четыре гуаниновых основания, все атомы которых находятся  в одной плоскости, образуют пластинку, стабилизированную водородными  связями между основаниями и  хелатированием в центре неё  иона металла (чаще всего калия). Эти пластинки располагаются  стопкой друг над другом

Схема двух конформаций  теломеры.

а - "Т-петля". В этой  конформации одноцепочечный G-хвост  теломеры образует гетеродуплекс  с ее двухцепочечным гомологичным  районом. В результате образуется  структура, получившая название  Д-петли.

б - линейная конформация. Существует непродолжительное время  в процессе репликации ДНК. Предполагается, что в этой конформации теломераза  имеет доступ к концу теломеры.

•  Участвуют в фиксации хромосом к ядерному матриксу

 

•  Сцепляют друг с другом концы сестринских хроматид (образующихся в хромосоме после S-фазы)

 

•  Предохранение от недорепликации генетически значимых отделов ДНК.

 

•  Стабилизация концов разорванных хромосом

 

•  Влияние на экспрессию генов.

 

•  «Счетная» функция.

 

 

 

Основное назначение теломеразы - синтезировать тандемно повторяющиеся  сегменты ДНК, из которых состоит G-цепь теломерной ДНК.

Схема работы фермента теломеразы (telomerase).

Фермент наращивает концевые  участки хромосом,

добавляя к ним одинаковые  последовательности нуклеотидов.

Этот процесс включает две  чередующихся стадии:

(a) элонгация, то есть удлинение,  и (b) транслокация, то есть  перемещение. 

Во время элонгации концевой  участок цепочки ДНК связан  с РНК-матрицей (RNA template),

входящей в состав фермента, и удлиняется за счет присоединяемых  к нему нуклеотидов,

комплементарных свободному участку  матрицы.

Во время транслокации молекула  ДНК сдвигается на несколько  нуклеотидов,

вновь освобождая участок РНК-матрицы, и цикл повторяется.

При этом наращивается только  одна цепочка ДНК, но комплекс  других ферментов,

основу которого составляет  ДНК-полимераза, достраивает большую  часть второй цепочки.

Одноцепочечным остается только  небольшой «хвост» в самом  конце.

Если бы не теломераза, такие  хвосты сокращали бы длину  двухцепочечной ДНК 

при каждом ее удвоении, и  любая хромосома укорачивалась  бы 

при каждом делении клетки.

Полный белковый состав  фермента не известен до сих  пор ни в одном случае. Поэтому  в табл. 1 приведены характеристики  только хорошо изученных белковых  субъединиц нескольких теломераз.

В первом  прямом методе  в инкубационную смесь, кроме  исследуемого образца, вносят праймер G-цепи (олигонуклеотид, содержащий  несколько теломерных повторов) и меченые дНТФ. Праймер выступает  в роли G-цепи, с которой связывается  и которую затем удлиняет теломераза. О наличии активности судят  по включению радиоактивности  в состав олигонуклеотида.

 

Второй, непрямой, метод —  т. н. TRAP-анализ (Telomer Repeat Amplification Protocol); он  использует ПЦР — полимеразную  цепную реакцию. Здесь в смесь, помимо образца, тоже добавляют G-праймер  и меченые нуклеотиды. Но, кроме  того, в смесь вносят С-праймер  и термостойкую бактериальную  ДНК-полимеразу. Благодаря этому, в  ходе ПЦР происходит многократное  «клонирование» (или амплификация) удлиненного теломеразой олигонуклеотида.