Разнообразие теломер

Большинство организмов имеют теломеры, которые состоят из коротких тандемно повторяющихся последовательностей. Тем не менее, некоторые теломерные последовательности являются гетерогенными (например, C4A2/T2G4 у Saccharomyces), а некоторые содержат значительно более длинные повторы как, например, 25 п.н. у Kluyveromyces lactis. Теломеры различных видов организмов могут состоять из одинаковых последовательностей. Например, C3TA2/T2AG3 является последовательностью теломерной ДНК у всех исследованных позвоночных, простейшего Trypanosoma, некоторых миксомицетов и грибов. В других случаях, родственные организмы имеют разные теломерные последовательности. Например, теломеры реснитчатых Tetrahymena и Oxytricha состоят из C4A2/T2G4 и C4A4/T4G4 соответственно [ Pardue ea 1999 ]. На конце большинства исследованных хромосом была выявлена одноцепочечная последовательность, богатая гуаниновыми основаниями (G-хвост).

Основной фермент, с помощью которого происходит удлинение теломер - теломераза. Это рибонуклеопротеиновый комплекс, в котором РНК служит матрицей для синтеза комплементарных цепей теломерной ДНК [ Pardue ea 1999, Nugent ea 1998 ]. Каталитической субъединицей теломеразы является обратная транскриптаза. Показано, что некоторые насекомые не имеют обычных теломерных повторов на концах хромосом. Так теломеры Chironomus и одного из видов комаров Anopheles gambiae состоят из длинных повторов ДНК. Длинные концевые повторы и отсутствие теломеразной активности дают основание предполагать, что длина теломер у этих организмов регулируется по механизму репликации ДНК с использованием в качестве матрицы гомологичных повторов как на теломере той же хромосомы, так и на теломерах других хромосом. У другого вида насекомых, Drosophila melanogaster, неожиданно оказалось, что теломеры состоят из длинных повторов ДНК, которые представляют собой мобильные элементы [ Pardue ea 1999 ]. Два ретротранспозона типа LINE: HET-A и TART, находятся на теломере в одинаковой ориентации "голова к хвосту" и являются функциональным эквивалентом простых теломерных повторов. Предложена модель, согласно которой удлинение теломер происходит в результате транспозиций мобильных элементов на конец хромосомы. Возникает вопрос, что общего между различными типами теломер, насколько различны механизмы их функционирования и контроля их длины. Так, например, известно, что обратная транскриптаза теломеразы наиболее сходна с обратными транскриптазами ретротранспозонов типа LINE [ Pardue ea 1999, Nugent ea 1998 ]. Так же было показано, что при инактивации теломеразы теломеры млекопитающих и дрожжей могут удлиняться по механизму генной конверсии и рекомбинации. Можно предположить, что несмотря на различия в структуре теломер, существуют общие механизмы, определяющие их функции.

Теломеры: возможные варианты формирования

Можно выделить два типа организации теломер. Если определенный размер теломер является необходимым условием нормального функционирования организма, то используется теломераза и специальные теломерные повторы, которые связываются с белками, обеспечивающими структуру и контролирующими размер теломер. Удлинение теломер с помощью конверсии/рекомбинации ДНК в этом случае заблокировано. Если определенный размер теломер не является критичным, то в этом случае не существует специальных теломерных повторов. Теломеры удлиняются с помощью генной конверсии, используя в качестве матрицы для синтеза ДНК гомологичные последовательности повторов с той же, либо гомологичной хромосомы. Этот механизм более прост, он не требует специальных теломерных структур и белков, которые с ними связываются. Достаточно только белкового комплекса, который бы обеспечивал стабильность конца хромосомы и регулировал ее удлинение.