Հիմնական նյութ

Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 17

Դաս 3: ԴՆԹ-ի կրկնապատկում

Թելոմերներ և թելոմերազներ

Թելոմերները՝ որպես պաշտպանիչ «գլխարկներ» էուկարիոտիկ քրոմոսոմների ծայրերին:

Ներածություն

Եթե կարողանայիր խոշորացնել և ուսումնասիրել քո քրոմոսոմների ծայրի ԴՆԹ-ն, ապա ի՞նչ կտեսնեիր: Երևի ակնկալում ես, որ այդ տեղամասերում կգտնես գեներ կամ միգուցե գեների աշխատանքը կարգավորող ԴՆԹ-ի հատվածներ: Իրականում դու կգտնես 100-1000 անգամ կրկնվող ԴՆԹ-ի հաջորդականություն՝ ԹԹԱԳԳԳ:

Քրոմոսոմների ծայրերում տեղակայված կրկնվող տեղամասերը կոչվում են թելոմերներ, որոնք հայտնաբերվել են կորիզավոր մի շարք տեսակներում՝ մարդկանցից մինչև միաբջիջ պրոտիստներ: Թելոմերները գործում են որպես պաշտպանիչ գլխարկներ, որոնք պաշտպանում են քրոմոսոմների միջանկյալ տեղամասերը: ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր ռեպլիկացիայի արդյունքում թելոմերների մի փոքր քանակ կրճատվում է քրոմոսոմից:

Այս հոդվածում մենք ավելի խորությամբ կուսումնասիրենք, թե ինչու են անհրաժեշտ թելոմերները, ինչու են դրանք կարճանում ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի արդյունքում, և ինչպես է թելոմերազ ֆերմենտը կիրառվում՝ թելոմերների հատվածները երկարացնելու համար:

Ծայրամասի ռեպլիկացիայի խնդիրը

Ի տարբերություն բակտերիաների քրոմոսոմների՝ կորիզավորների քրոմոսոմները գծային են (ցուպիկաձև), ինչը նշանակում է, որ դրանք ունեն ծայրային հատվածներ: Այս հատվածները խնդրահարույց են ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի համար: Քրոմոսոմների ծայրի ԴՆԹ-ն չի կարող ամբողջովին պատճենվել ռեպլիկացիայի ժամանակ, ինչը հանգեցնում է քրոմոսոմի դանդաղ, աստիճանաբար կարճացման:

Իսկ ինչո՞ւ է դա այդպես: Երբ ԴՆԹ-ն պատճենվում է, ԴՆԹ-ի նոր շղթաներից մեկը ռեպլիկացիոն եղանում շարունակաբար սինթեզվում է և կոչվում է առաջատար շղթա: Մյուս շղթան կազմված է մի շարք փոքր հատվածներից, որոնք կոչվում են Օկազակիի հատվածներ, որոնցից յուրաքանչյուրը սկսվում է իր սեփական ՌՆԹ-ի պրայմերով: Այս շղթան հայտնի է որպես հետ մնացող շղթա: (Հավելյալ տեղեկատվության համար տես DNA replication հոդվածը)

Սովորաբար Օկազակիի հատվածների պրայմերները հեշտությամբ փոխարինվում են ԴՆԹ-ով և միավորվում են շարունակական ԴՆԹ առաջացնելով: Բայց երբ ռեպլիկացիոն եղանը հասնում է քրոմոսոմի ծայրին, ԴՆԹ-ի մի փոքր հատված չի ծածկվում Օկազակիի հատվածով; Այս հատվածի սինթեզը սկսելու ոչ մի տարբերակ չկա, քանի որ քրոմոսոմի վերջնահատվածում պրայմերը չէր կարողանա գործել (այս գործընթացն ընթանում է մի շարք տեսակներում՝ ներառյալ նաև մարդկանց օրգանիզմում)

^{1}

: Բացի այդ, առաջացած վերջին Օկազակիի հատվածի պրայմերը չի կարող փոխարինվել ԴՆԹ-ով:

Ընդհանուր առմամբ, ԴՆԹ պոլիմերազները չեն կարող ԴՆԹ-ի նոր շղթան ոչնչից սկսել, նույնիսկ եթե նրանց տրամադրված է մատրիցա: Սրա պատճառն այն է, որ այն պոլիմերիզացման ռեակցիան, որը դրանք կատալիզում են ներառում է ժամանող նուկլեոտիդների ֆոսֆատային խմբի փոխանցումը արդեն ամրացած նուկլեոտիդնի հիդրօքսիլ խմբին (այն նուկլեոտիդին, որը արդեն իսկ շղթայի մաս է կազմում), ինչպես ցուցադրված է աջ կողմում: Առանց այս հիդրօքսիլ խմբի որպես <<կարթ>> օգտագործման , ԴՆԹ պոլիմերազը չի կարող ամրանալ նուկլեոտիդին և կատալիզել նոր ԴՆԹ-ի առաջացման ռեակցիան:

Օկազակիի հատվածների սկզբնահատվածում տեղակայված պրայմերների մեծ մասը առանց որևէ խնդրի փոխարինվում են, քանի որ հաջորդ հատվածի հիդրօքսիլ խումբը կարող է կիրառվել որպես սկզբահատված ԴՆԹ պոլիմերազի համար՝ թույլ տալով դրան փոխարինել պրայմերը ԴՆԹ-ով: Իսկ քրոմոսոմի ծայրային Օկազակիի հատվածը հարևան ևս մեկ հատված չունի, որը կկարոանար տրամադրել ԴՆԹ պոլիմերազի գործունեության համար անհրաժեշտ հիդրօքսիլ խումբը: Այս ամենը հանգեցնում է քրոմոսոմի ծայրի ոչ լրիվ ռեպլիկացիային:

Հենց այս խնդիրների պատճառով էլ կորիզավորների քրոմոսոմի ծայրային ԴՆԹ-ն ռեպլիկացիայի յուրաքանչյուր շրջանից հետո չի պատճենվում՝ թողնելով միաշղթա ավելցուկային տեղամաս: Այս գործընթացի կրկնությամբ մի քանի շրջաններից հետո քրոմոսոմն ավելի ու ավելի կկարճանա:

Վերոբերյալ տրամագրի վերջին վահանակում քրոմոսոմի առաջատար շղթայի ծայրը ցուցադրված է որպես ամբողջական հատված (չունի հավելյալ կտոր): Չնայած որ առաջատար շղթայի ժայրը, իրականում, սկզբում հավելյալ կտոր ունենում է, բայց դրա վրա հետագայում ներգործում են բջջի ֆերմենտները՝ առաջացնելով

30

^{1}

հավելյալ կտոր:

Այսպիսի կտորի առաջացումը կարևոր է քրոմոսոմի ծայրի պաշտպանության համար, որը քննարկվում է ստորև հատվածում: Այն նաև բջջի բաժանման մի քանի փուլերի արդյունքում նպաստում է թելոմերների կարճացման աճի:

Մարդկանց բջիջներում հետ մնացող շղթայի վերջին ՌՆԹ պրայմերը կարող է քրոմոսոմի ծայրից

70

100

նուկլեոտիդ հեռու տեղակայված լինել

^{2}

: Հետևաբար միաշղթա ավելցուկային տեղամասերը, որոնք առաջանում են ոչ լրիվ ռեպլիկացիայի արդյունքում, բավականին երկար են, և բջջի կիսման յուրաքանչյուր շրջանից հետո քրոմոսոմը բավականին կարճանում է։

Թելոմերներ

Քրոմոսոմների ծայրային հատվածի գեների կորստից խուսափելու համար կորիզավորների քրոմոսոմների ծայրերում առկա են ԴՆԹ-ի հատուկ «գլխարկներ», որոնք կոչվում են թելոմերներ: Թելոմերները կազմված են ԴՆԹ-ի միևնույն կարճ հատվածներից, որոնք կրկնվում են հարյուրավոր կամ հազարավոր անգամներ: Այս հատվածների հաջորդականությունը տարբեր է տարբեր օրգանիզմների համար, բայց մարդկանց և կենդանիների շրջանում հետևյալն է՝ 5'-ԹԹԱԳԳԳ-3':

Թելոմերները պետք է պաշտպանվեն բջջի ԴՆԹ-ի նորոգման մեխանիզմներից, քանի որ դրանք ունեն միաշղթա հավելյալ տեղամասեր, որոնք վնասված ԴՆԹ են հիշեցնում: Հետ մնացող շղթայի ծայրի հավելյալ կտորն առաջանում է ոչ լրիվ ռեպլիկացիայի արդյունքում (տես վերոբերյալ նկարը): Առաջատար շղթայի հավելյալ հատվածն առաջացնում են ֆերմենտները, որոնք կտրում են ԴՆԹ-ի մի հատվածը

^{1}

Որոշ տեսակներում (ներառյալ նաև մարդկանց շրջանում) միաշղթա հավելյալ կտորները հարևան երկպարույր շղթայով կապվում են ԴՆԹ-ի կոմպլեմենտար հատվածներին, ինչի արդյունքում թելոմերային ծայրերն առաջացնում են պաշտպանական օղակներ

^{3}

: Թելոմերային ծայրերի հետ կապված սպիտակուցները ևս պաշտպանում են այն և կանխարգելում են ԴՆԹ-ի նորոգման եղանակների ակտիվացումը:

Թելոմերը կազմող կրկնվող հատվածները կիսման բազմաթիվ շրջանների արդյունքում կարճանում են՝ ապահովելով բուֆեր, որը պաշտպանում է քրոմոսոմի գեներ կրող միջանկյալ տեղամասերը (գոնե որոշակի ժամանակով): Թելոմերների կարճացումը կապվում է բջիջների ծերացման հետ, և թելոմերների պրոգրեսիվ կորուստը կարող է բացատրել՝ ինչու են բջիջներն ունակ բաժանվելու միայն մի քանի անգամ

^{4}

Թելոմերազ

Որոշ բջիջներ կարող են հակադարձել թելոմերի կարճացումը՝ թելոմերազ սինթեզելով: Վերջինս ֆերմենտ է, որը երկարացնում է քրոմոսոմների թելոմերները: Թելոմերազը ՌՆԹ կախյալ ԴՆԹ պոլիմերազ է, ինչը նշանակում է, որ այն ֆերմենտ է, որը կարող է ԴՆԹ արտադրել՝ ՌՆԹ-ի մատրիցա օգտագործելով:

Ինչպե՞ս է գործում թելոմերազը: Այս ֆերմենտը կապվում է թելոմերի կրկնվող տեղամասերին կոմպլեմենտար ՌՆԹ-ի հատվածին: Եվ վերջինս որպես մատրիցա օգտագործելով՝ այն երկարացնում է թելոմերի ԴՆԹ-ի հավելյալ հատվածը: Եթե այդ հատվածը բավականին երկար լինի, ԴՆԹ-ի նորմալ ռեպլիկացիայի մեխանիզմով (ՌՆԹ պրայմեր և ԴՆԹ պոլիմերազ օգտագործելով) կարող է սինթեզվել դրան համապատասխանող շղթա՝ առաջացնելով երկպարույր ԴՆԹ:

Պրայմերը տեղակայված չի լինի քրոմոսոմի ծայրի հենց կողքին և չի կարողանա փոխարինվել ԴՆԹ-ով, ինչի արդյունքում դեռևս կպահպանվի հավելյալ կտորը: Այնուամենայնիվ, թելոմերի ընդհանուր երկարությունն ավելի մեծ կլինի:

Թելոմերազը սովորաբար մարմնական բջիջների հիմնական մասում ակտիվ չէ, բայց այն ակտիվ է սեռական բջիջների նախորդ հանդիսացող բջիջներում և որոշ հասուն ցողունային բջիջներում: Սրանք բջիջների այն տեսակներն են, որոնք մի քանի անգամ կիսման պետք է ենթարկվեն, իսկ սեռական բջիջների նախորդները նույնիսկ պետք է նոր օրգանիզմ առաջացնեն՝ դրա թելոմերային «ժամացույցի» զրոյացմամբ

^{5}

Հետաքրքրիր է, որ շատ քաղցկեղային բջիջներ ունեն կարճ թելոմերներ, և այս բջիջներում թելոմերազն ակտիվ է: Եթե թելոմերազը որևէ դեղորայքով հնարավոր լիներ արգելակել՝ որպես քաղցկեղի բուժման եղանակ, կարող էր արգելակվել այդ բջիջների անընդհատ կիսումն ու, հետևաբար, քաղցկեղային ուռուցքի աճը:

Մեջբերում

Այս հոդվածը հետևյալ հոդվածի ձևափոխված տարբերակն է "DNA replication in eukaryotes," ըստ OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Բնօրինակը անվճար ներբեռնմելու համար՝ http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

Այս հոդվածի արտոնագրի համարն է՝ CC BY-NC-SA 4.0։

Օգտագործված գրականություն

Chow, T. T., Zhao, Y., Mak, S. S., Shay, J. W., and Wright, W. E. (2012). Early and late steps in telomere overhang processing in normal human cells: The position of the final RNA primer drives telomere shortening. Genes Dev., 26(11), 1168. http://dx.doi.org/10.1101/gad.187211.112.
Chow, T. T., Zhao, Y., Mak, S. S., Shay, J. W., and Wright, W. E. (2012). Early and late steps in telomere overhang processing in normal human cells: The position of the final RNA primer drives telomere shortening. Genes Dev., 26(11), 1167.
Vega, L. R., Mateyak, M. K., and Zakian, V. A. (2003). Getting to the end: Telomerase access in yeast and humans. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 4, 951. http://dx.doi.org/10.1038/nrm1256.
Bartlett, Z. (2014, November 14). The Hayflick limit. In The embryo project encyclopedia. Retrieved from https://embryo.asu.edu/pages/hayflick-limit.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Shortening of the ends of linear DNA molecules. In Campbell biology (10th ed., p. 327). San Francisco, CA: Pearson.

Հավելյալ հղումներ

Bartlett, Z. (2014, November 14). The Hayflick limit. In The embryo project encyclopedia. Retrieved from https://embryo.asu.edu/pages/hayflick-limit.

Bonetti, D., Martina, M. Falcettoni, M., and Longhese, M. P. (2014). Telomere-end processing: Mechanisms and regulation. Chromosoma, 123, 57-66. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24122006.

Chow, T. T., Zhao, Y., Mak, S. S., Shay, J. W., and Wright, W. E. (2012). Early and late steps in telomere overhang processing in normal human cells: The position of the final RNA primer drives telomere shortening. Genes Dev., 26(11), 1167-1178. http://dx.doi.org/10.1101/gad.187211.112.

Cong, Y.-S., Wright, W. E., and Shay, J .W. (2002). Human telomerase and its regulation. Microibol. Mol. Biol. Rev., 66(3), 407-425. http://dx.doi.org/10.1128/MMBR.66.3.407-425.2002.

Cooper, G.M. (2000). Telomeres. In The cell: A molecular approach (2nd ed.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9863/#_A634_.

Davis, G. T. (2010, February 22). Forming telomeres in Tetrahymena. Retrieved from http://facstaff.bloomu.edu/gdavis/telomerase.jpg.

Eskandari-Nasab, E., Dahmardeh, F., Rezaeifar, A., and Dahmardeh, T. (2015). Telomere and telomerase: From discovery to cancer treatment. Gene, Cell, and Tissue, 2(3), e28084. http://dx.doi.org/10.17795/gct28084.

Hodes, R. J. (1999). Telomere length, aging, and somatic cell turnover. In J. Exp. Med., 190(2), 153-156. http://dx.doi.org/10.1084/jem.190.2.153.

OpenStax College, Biology. (2015, September 29). DNA replication in eukaryotes. In OpenStax CNX (section 14.5). Retrieved from http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.87:71/DNA-Replication-in-Eukaryotes.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2004). Telomeres are not fully replicated. In Life: the science of biology (7th ed., pp. 226-227). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Telomerase. (2016, January 10). Retrieved January 23, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Telomerase.

Telomere. (2016, January 3). Retrieved January 23, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Telomere.

Vega, L. R., Mateyak, M. K., and Zakian, V. A. (2003). Getting to the end: Telomerase access in yeast and humans. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 4, 948-959. http://dx.doi.org/10.1038/nrm1256.

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: