6.11:

6.11: Telomerler ve Telomeraz

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Telomeres and Telomerase

Previous Video

6.10: DNA Topoisomerases

Next Video

6.12: Non-nuclear Inheritance

22,933 Views

•

02:41 min

•

November 23, 2020

Overview

Ökaryotik DNA replikasyonunda, son primerin çıkarılmasından sonra bir kromozomun sonunda tek iplikli bir DNA Fragmanı kalır. DNA'nın bu bölümü, ipliğin geri kalanıyla aynı şekilde çoğaltılamaz, çünkü yeni sentezlenen DNA'nın bağlanabileceği 3' ucu yoktur. Bu çoğaltılmamış fragman, her hücre çoğalması sırasında kademeli olarak kromozomal DNA kaybına neden olur. Ek olarak, tek iplikli DNA'yı tanıyan enzimler tarafından bir DNA hasarı tepkisini indükleyebilir. Bunu önlemek için, kromozomların uçlarında, kromozomların uçlarını koruyan, tekrarlayan bir nükleotid sekansı ve telomer adı verilen bir protein kompleksinden oluşan bir tampon bölge bulunur.

Hem RNA hem de proteinlerden oluşan bir ribonükleoprotein enzimi olan telomeraz, kayıp DNA'yı sentezleyebilir ve uzatabilir. Telomeraz RNA bileşeni (TERC), telomerik tekrarların sentezi için bir şablon nükleotid dizisi içerir. TERC uzunluğu ve sekansı siliatlardaki organizmalar arasında değişir, yaklaşık 150 nükleotid uzunluğundadır, oysa mayada yaklaşık 1150 nükleotittir. Protein bileşeni, telomeraz ters transkriptaz (TERT), TERC'DE bulunan şablon ipliğini kullanarak kısa telomer tekrarlarını sentezler.

Memelilerde telomer, altı farklı proteinden oluşan bir kompleks olan shelterin ile korunur: telomer tekrar bağlama faktörü 1 (TRF1), telomer tekrar bağlama faktörü 2 (TRF2), telomer 1'in (POT1) korunması, TRF1 etkileşime giren nükleer faktör 2 (TIN2), TIN2-POT1 organize protein (TPP1) ve represör/aktivatör proteini 1 (RAP1). Shelterin kompleksinde bulunan proteinler, telomer alımı, telomer uzunluğunun düzenlenmesi ve aksesuar proteinleri için bağlayıcı alanlar sağlanması gibi önemli işlevlerde yer almaktadır.

Telomer ekspresyözü bir hücrenin ömrünü artırabilir ve bir kanser hücresinin karakteristik bir özelliği olan sürekli çoğalmasına izin verebilir.Telomerase activity has been observed in almost 90% of cancer cells which makes them a target of current research for new cancer treatments.

Transcript

Telomer, insanlardaki TTAGGG gibi tekrarlayan altı nükleotidli guanin zengini dizilerden oluşan, kromozomun koruyucu ucudur. Uzunluğu, organizmadan organizmaya değişir. İnsan kromozomlarında yaklaşık 1.300 ila 2.500 telomer tekrarı mevcuttur ve farelerde bu rakam yaklaşık 8.300’dür.

DNA kopyalama mekanizması telomerlere ulaştığında sıradışı bir sorunla karşılaşır:Kromozomun 5’ucundaki son primer’ın çıkarılması, tek zincirli telemerik DNA’nın bir 3’fazlalığıyla sonuçlanır. Bu da, primer için bir şablon görevi görecek tamamlayıcı bir DNA olmadığından kopyalanamaz. Bu uç replikasyonu sorunu nedeniyle, telomerler her hücre bölünmesiyle kısalır;bu da en sonunda replikatif yaşlanma olarak da bilinen hücre çoğalmasının durması durumuna yol açar.

Ancak, bu, yeni telomer tekrarlarının telomeraz aracılığıyla sentezi ile önlenebilir. Telomeraz, hem telomer tekrarları hem de protein için bir şablona sahip, iki RNA’dan oluşan bir enzimdir. Telomer tekrarlarının 3 üssü fazlalığına bağlanır.

Bir ters transkriptaz olan protein bileşeni, telomer tekrarlarını tamamlayıcı, sitozin-zengini bir dizi olan RNA’yı şablon olarak kullanarak, telomer DNA’sını bir seferde altı nükleotid genişletir. Telomeraz daha sonra yer değiştirir ve nükleotidlerin eklenmesi işlemini tekrarlar. Kendi primaz alt birimini içeren DNA polimeraz alfa, daha sonra bir primer ekleyebilir ve genişletilmiş ana DNA zincirini kopyalayabilir.

Telomer uzatılmasından sonra, altı alt birimli bir protein olan şelterin, telomerin çift zincirli parçasına ve primerin çıkarılmasından sonra kalan 3’fazlalığına bağlanır. Bu kompleks daha sonra geri döner ve kendini upstream DNA’ya ekler;bu da telomer tekrarında 3’fazlalığının tamamlayıcı bir diziye bağlanmasının neden olduğu bir yer değiştirme döngüsü veya D döngüsü ile sonuçlanır. Bu ekleme, telomerin ucunu yerine sabitleyerek daha büyük bir telomer döngüsü veya T döngüsü oluşturur.

Şelterin’in bağlanması ve T-döngüsünün oluşumu, kromozomu bozunmaya, uçtan uca birleşmeye ve DNA onarım mekanizmasının hatalı aktivasyonuna karşı korur.