Реплікація теломерних ділянок ДНК. Значення недореплікації кінцевих фрагментів хромосом у механізмах старіння

Реплікація теломерних ділянок ДНК. Значення недореплікації кінцевих фрагментів хромосом у механізмах старіння .

Кінцеві області еукаріотичних хромосом - теломери - містять специфічну нуклеотидну послідовність, представлену численними тандемно розташованими олігонуклеотидними (гексануклеотиди - АГГГТТ) послідовностями. Така послідовність називається теломерною (теломерна ДНК). Загальна довжина таких повторів на одному кінці ДНК на початковій стадії онтогенетичного розвитку організму становить від 10 до 15 тисяч нуклеотидних пар.

Наявність теломерних повторів необхідна для завершення реплікацій кінцевих інформативних послідовностей у ДНК хромосом, тобто для збереження генетичної інформації.

Після завершення реплікації лінійної молекули ДНК 5'-кінці її дочірніх ланцюгів залишаються недореплікованими, оскільки на цьому кінці містяться РНК-приманки, які були видалені .

Важливо зазначити, що у випадку реплікації кільцевих бактеріальних ДНК цієї проблеми не виникає, оскільки перші утворені РНК-приманки видаляються ферментом, який одночасно заповнює утворену прогалину шляхом нарощування 3'-ОН кінця зростаючого ланцюга ДНК.

Теломерні повтори не несуть генетичної інформації, тому втрата деякої частини цих послідовностей не приводить до порушення функціонування геному - своїм існуванням вони захищають від недореплікації важливіші послідовності ДНК.

З кожним клітинним поділом ДНК хромосом вкорочується, що становить близько 0,00005 % її довжини. На перший погляд, це досить незначна величина і нею можна було б нехтувати. Але якщо врахувати, що кількість клітинних поділів велика, то відсутність механізмів відновлення довжини теломерних ділянок ДНК хромосом може привести до катастрофічних наслідків.

Кінцева недореплікація ДНК хромосом має велике біологічне значення. За існуючими уявленнями, укорочення теломер до критичного рівня веде до початку старіння соматичних клітин, а при досягненні цього рівня - до їхньої смерті (теорія теломерного старіння).

Проте в зародкових, стовбурових та інших клітинах, що швидко діляться, існує механізм, за якого добудовуються недорепліковані ділянки ДНК. В еукаріотичних клітинах існує фермент термінальна дезоксинуклеотидилтрансфераза (теломераза), яка забезпечує відновлення недореплікованих 5'-кінців. Як простетичну групу теломераза містить РНК довжиною близько 450 пар нуклеотидів. Вона одночасно служить матрицею при синтезі теломерних повторів і для зв'язування шляхом гібридизації з кінцевою теломерною ділянкою ДНК. За допомогою РНК теломераза за принципом комплементарності подовжує не дочірній, а батьківський ланцюг у напрямку 5'→3' .