Строение теломер

Молекулярно-генетическое изучение теломер осложняелсь тем, что число их в каждой клетке невелико: по две в каждой хромосоме (другими словами, 46 теломер на 3 х 10⁹ пн генома человека).

В 1978 г. Е. Блакберн и Дж. Голл, выделили из макронуклеуса инфузории тетрахимены («мешка с генами») фрагмент ДНК длиной 22 тпн, содержащий два сцепленных друг с другом гена рибосомной РНК. Секвенировав эти фрагменты, определили, что на обоих концах этого фрагмента находится относительно простая последовательность 5'-ССССАА-3' / 3'-GGGGТТ-5', повторенная несколько раз подряд. При этом последовательность ориентирована так, что ТТGGGG-повторы находятся на З'-конце одной цепи ДНК, в то время как ССССАА-повторы формируют 5^т-конец другой цепи. Для удобства первую из цепей называют G-цепью, вторую - С-цепью.

На рис… приведено схематичное устройство хромосомы инфузории окситрихи с теломерами (G4T4).

Рис….. Схема хромосомы инфузории Окситрихи 1- теломеры, 2- собственно сама хромосома

В последние годы с помощью различных биохимических методик теломеры были выделены из ДНК многих организмов. Оказалось, что у большинства видов животных и растений теломерные районы имеют в целом очень похожее строение. Как правило, в состав теломерного района входят два типа фрагментов: собственно конечная часть хромосомы (или теломерный концевой повтор — ТR) и последовательность, связанная с теломерой (ТАS), которая располагается проксимальнее.

К настоящему времени известно, что теломерные фрагменты у большинства живых существ очень схожи, они обогащены нуклеотидами G и С, которые располагаются в определенной, похожей у всех организмов последовательности. Несколько отличается структура ТR у некоторых видов грибов и особенно сильно — у дрозофилы. У Saccaromyces cerevisiae сравнительно короткие теломеры построены из нуклеотидов С и Т в последовательности, которая имеет непостоянную структуру Данные о строении теломер приведены в таблице….

Таблица…. Строение теломер у разных видов животных

Кроме инфузории тетрахимены, теломерные повторы изучены у многих других представителей простейших, в том числе у стилонихии и окситрихи, у которых повторяющейся единицей является октамер 5'-ССССАААА-3'/ З'-GGGGТТТТ-З¹. Этот октануклеотид расположен на концах хромосом особым образом, так что часть С-цепи ДНК остается одиночной из-за отсутствия второй цепи. Выступающие концы нитей ДНК обнаружены в теломерах всех организмов. Этот октануклеотид, выступающий за обычную двойную уотсон-криковскую спираль, называют одно цепочечным свободным G-концом. Длина простого повторенного дуплекса, расположенного проксимальнее, может варьировать от менее чем 50 пн (у Еир1оtеs ) до более чем 100 тпн (у мыши). Интересно, что теломерные однонитевые свободные G-концы фактически одинаковы у многих представителей совершенно различных филогенетических таксонов, за исключением дрожжей. Анализ показал, что четыре молекулы гуанина на выступающем конце, не имеющие возможности контактировать с молекулами цитозина, как это бывает в обычной молекуле ДНК, все же спариваются. Они располагаются в одной плоскости и образуют водородные связи между собой.

Особенность формирования этой структуры заключается в том, что соединение нуклеотидов происходит не по принципу комплементарности оснований, а между молекулами одного и того же основания - гуанина.

Как уже отмечалось, рядом с теломерным повтором располагаются участки ДНК большой протяженности, называемые субтеломерными повторами — ТАS.

У дрожжей описано два субтеломерных повтора, X и Y’. X имеет размеры 0,3-3,75 тпн и менее консервативен, чем Y’ (5,2-6,7 тпн). Они чередуются, или повтор может состоять только из Х-элементов. Последние имеют открытые рамки считывания. На основе слабой гомологии в первичных последовательностях с мобильными элементами предположили, что Y'-элементы возникли из одиночной инсерции в предковый геном дрожжей.

Субтеломерные повторы обнаружены у многих видов. Общая длина их может быть очень большой — у хирономуса до 300 тпн в каждой теломере.

По иронии судьбы термин «теломера» возник в результате исследований на дрозофиле. В то же время до сих пор нет никаких доказательств того, что в геноме дрозофилы есть короткие теломерные G-богатые последовательности, характерные для большинства других видов.

У дрозофилы на концах хромосом расположены теломеро-специфичные ретротранспозоны, НеТ-Аи ТАRТ. В общих чертах они имеют похожее строение. У обоих на 5'- конце присутствуют небольшие повторенные последовательности, а на З'-конце — более протяженный повтор, завершающийся длинным фрагментом, содержащим только нуклеотиды с аденином (А)_n. Различаются они тем, что НеТ-Аимеет две частично наложенные одна на другую рамки считывания (ОRFs), кодирующие белки, в то время как ТАRТ ~ две, ОRF1 и ОRF2, расположенные тандемно. Оба рстротранспозона присутствуют во многих копиях, главным образом в прицентромерных районах. Они могут перемещаться по геному и в случае утраты теломерного района встраиваются на самый конец хромосомы, восстанав­ливая теломерную структуру (рис….).

Рис… Строение теломер у дрозофилы