15:17

Почему хромосомы никогда не завязывают шнурки, или как клетки отличают концы разорванных хромосом от теломер?

Главный исследователь Научного института Гулбенкяна (Instituto Gulbenkian de Ciência), Португалия, Мигель Годинью Феррейра (Miguel Godinho Ferreira) возглавил группу ученых, решивших пролить свет на парадокс, который озадачивает биологов со времени открытия теломер - защитных концов хромосом: в то время как концы разорванных хромосом, возникающие в результате повреждения ДНК (например, радиацией или сигаретным дымом), быстро соединяются, теломеры никогда не связываются друг с другом, способствуя, тем самым, правильному разделению генетического материала во всех клетках нашего организма. Ученые опубликовали результаты своего исследования в последнем номере журнала Nature.

Так как в ответ на постоянное деление клеток теломеры укорачиваются, по мере старения организма эта защитная функция постепенно утрачивается. Полная потеря теломер приводит к образованию «липких» хромосом – концов, связывающихся друг с другом и вызывающих генетический хаос. Этот процесс рассматривается в качестве самых первых стадий зарождения рака. Понимание того, как концы хромосом защищены от механизмов репарации ДНК и какова реакция потерявшей защиту клетки, даст более точные представления об онкогенезе, старении и будущих методах лечения.

Клетки реагируют на разрыв или повреждение ДНК остановкой клеточного цикла на время устранения повреждений. Если бы концы хромосом распознавались как порванная ДНК, клетки постоянно старались бы чинить теломеры, что привело бы к мутациям в ДНК и смерти клетки. Теломеры – «колпачки» («caps») на концах хромосом, состоящие из белка и ДНК,– предотвращают подобное развитие событий в клетке.

В серии тончайших экспериментов португальские ученые в сотрудничестве с коллегами из Университета Иллинойса (University of Illinois), Чикаго, США, показали, что решение этой задачи заключается в изменениях в белке, а именно в модификации гистона, расположенного вблизи от теломер. Гистоны находятся на всем протяжении всех хромосом, помогая упаковывать ДНК и играя существенную роль в регуляции активности генов. Используя в качестве модельного организма делящиеся клетки дрожжей, ученые обнаружили, что в одном из расположенных вблизи от теломер гистонов отсутствует химический сигнал, что делает механизм определения повреждения ДНК неспособным остановить клеточный цикл.

«Удивительно, но это, как представляется, является единственным изменением, лежащим в основе способности клетки отличать конец хромосомы (то есть теломеры) от разрыва в ее середине. В самом деле, во всем остальном геноме эти гистоны сохраняют такой химический сигнал, так что когда повреждение ДНК происходит в любой другой области, включается механизм ее репарации, и порванные концы соединяются», - говорит Мигель Годинью Феррейра.

Теломеры можно сравнить с пластиковыми концами шнурков: так же как шнурок начинает укорачиваться, когда потерян пластиковый колпачок, концы хромосом становились бы короче с каждым делением клетки, если бы не теломеры. Теломеры восстанавливаются ферментом теломеразой. Однако большинство клеток нашего организма не имеет теломеразы с момента нашего рождения. Таким образом, теломеры становятся короче и теряют защиту, посылая организму сигнал остановить деление и начать стареть. Примерно в 85 процентах случаев рака клетки реактивируют теломеразу, восстанавливая свою способность к делению и размножению.

Хотя в теломерах репарация ДНК должна быть предотвращена, сборка механизма узнавания повреждения ДНК жизненно важна для активации теломеразы и удлинения теломер. «В эукариотических клетках эволюционно развился очень специфический механизм, благодаря которому не происходит нарушения активации теломеразы; кроме того, весь процесс репарации ДНК надежно отделен от концов хромосом», - добавляет Феррейра. Знание деталей защиты хромосом теломерами важно для понимания их связи со старением, раком и некоторыми другими заболеваниями, а также для разработки различных способов воздействия на теломеры, что потенциально может привести к эффективным методам лечения.

Феррейра постоянно подчеркивает важность фундаментальных исследований: «Когда в 80-х годах Лиз Блэкбёрн, Кэрол Грайдер и Джэк Шостак обнаружили теломеразу и теломеры, за что в прошлом году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине, они искали решение «проблемы репликации концов» и были далеки от представлений о развивающемся в настоящее время клиническом применении своих открытий. Они просто решали академическую задачу, появившуюся в результате открытия двойной спирали и неспособности ДНК-полимеразы синтезировать концы линейной ДНК. Также и мы испытываем гордость и радость оттого, что вносим вклад в раскрытие этих механизмов, но прекрасно понимаем, что до непосредственного использования результатов этой работы пройдут многие годы».

Источник


Просмотров: 1745
Рейтинг: 5.0/1
Добавлено: 08.10.2010

Темы: репарация ДНК, как клетки отличают концы разорванн, повреждения ДНК
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]