Репликация. Теломеры. Теломераза

1.

РЕПЛИКАЦИЯ.
ТЕЛОМЕРЫ. ТЕЛОМЕРАЗА

2.

РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА: ТЕРМИНАЦИЯ
! проблема недорепликации концов

3.

ТЕЛОМЕРЫ
Fluorescence In Situ
Tetrahymena

4.

ЛИМИТ ХЕЙФЛИКА
1961 г.
граница количества делений соматических клеток: ~52

5.

ТЕОРИЯ ОЛОВНИКОВА
1971 г.
теория маргинотомии (от лат. marginalis - краевой, tome - сечение):
постепенное укорочение ДНК хромосом при репликации может лежать в основе
"лимита Хейфлика"
• На концах хромосом находятся теломерныые участки, которые укорачиваются с
каждым клеточным циклом в нормальных соматических клетках.
• Теломерные последовательности в стволовых и раковых клетках
защищены, благодаря постоянному удлинению особым
ферментом — тандем-ДНК-полимеразой.
• В статьях 1972, 1973 гг. подробно рассмотрел разные
биологические следствия своей гипотезы, в том числе
применительно к объяснению старения, канцерогенеза и
иммунных реакций.

6.

ТЕЛОМЕРЫ
Теломе́ры (от др.-греч. τέλος — конец и μέρος — часть) — концевые участки хромосом
Исследование длины теломерных повторов лейкоцитов переферической крови,
клеток эпидермиса и сперматозоидов человека (различный возраст доноров)
Donor age: 10 14 38 24 31 46 58 93
Southern blot
(TTAGGG)n зонд
экстракция ДНК с последующей обработкой рестриктазами
сокращение теломер - это молекулярные или «митотические" часы, которые лежат в основе старения
[Allsopp RC et al., Telomere length predicts replicative capacity of human fibroblasts. PNAS. 1992, 89(21),
10114-8]

7.

ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗА
Элизабет Блэкбёрн
1948
Кэрол Грейдер
1961
Джек Шостак
1952
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 г.
за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы
[Bodnar AG, Ouellette M, Frolkis M, Holt SE, Chiu CP, Morin GB, Harley CB, Shay JW, Lichtsteiner S, Wright WE
Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells.
Science. 1998, 16. 279(5349):349-52]

8.

ТЕЛОМЕРЫ
Group
Organism
Telomeric repeat
Vertebrates
Filamentous fungi
Human, mouse, Xenopus
Neurospora
TTAGGG
TTAGGG
Slime molds
Physarum, Didymium
Dictyostelium
Trypanosoma, Crithidia
TTAGGG
AG(1-8)
TTAGGG
TTGGGG
TTGGG(T/G)
TTTTGGGG
Sporozoite
protozoa
Higher plants
Insects
Nematodes
Alga
Fission yeasts
Tetrahymena, Glaucoma
Paramecium
Oxytricha, Stylonychia,
Euplotes
Plasmodium
Arabidopsis
Bombyx mori
Ascaris lumbricoides
Chlamydomonas
Schizosaccharomyces pombe
Budding yeasts
Saccharomyces cerevisiae
TGTGGGTGTGGTG (from RNA
template)
or G(2-3)(TG)(1-6)T (consensus)
GGGGTCTGGGTGCTG
GGTGTACGGATGTCTAACTTCTT
GGTGTA[C/A]GGATGTCACGATCATT
GGTGTACGGATGCAGACTCGCTT
GGTGTAC
GGTGTACGGATTTGATTAGTTATGT
GGTGTACGGATTTGATTAGGTATGT
Kinetoplastid
protozoa
Ciliated protozoa
Candida glabrata
Candida albicans
Candida tropicalis
Candida maltosa
Candida guillermondii
Candida pseudotropicalis
Kluyveromyces lactis
TTAGGG(T/C)
TTTAGGG
TTAGG
TTAGGC
TTTTAGGG
TTAC(A)(C)G(1-8)

9.

ТЕЛОМЕРЫ
Функции:
• защищают концы ДНК от действия экзонуклеаз;
• предотвращают неправильную рекомбинацию;
• позволяют хромосомам прикрепляться к ядерной оболочке.
Теломерные повторы не теряются в клетках:
• генеративных (сперматозоиды, ооциты);
• раковых.
Общие свойства;
• теломеры видоспецифичны;
• общая длина достигает 14-15 тпн;
• структура зависит от формирования G-квадруплексов;
• потери – 100-150 нт за один цикл;
• 12,8 теломерного повтора – критическая длина теломеры
человека.

10.

СТРУКТУРА ТЕЛОМЕР
[Blasco MA. Telomere length, stem cells and aging. Nat Chem Biol. 2007, 3(10):640-9]

11.

СТРУКТУРА ТЕЛОМЕР

12.

СТРУКТУРА ТЕЛОМЕР
T-петля
D-петля
shelterin:
TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 и RAP1
TRF2 - стабилизирует квадруплекс
POT1 - препятствует формированию квадруплекса

13.

СТРУКТУРА ТЕЛОМЕР
http://pubs.rsc.org

14.

РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА: ТЕРМИНАЦИЯ
TREC, позвоночные
человек - 451 нт
TERT

15.

ТЕЛОМЕРАЗА

16.

СТРУКТУРА ТЕЛОМЕР
[Eric Gilson and Vincent Géli. How telomeres are replicated. Nature review, 2007, 8, 825]

17.

СИНТЕЗ ТЕЛОМЕРНЫХ ФРАГМЕНТОВ

18.

СИНТЕЗ ТЕЛОМЕРНЫХ ФРАГМЕНТОВ
[Blasco MA. Telomere length, stem cells and aging. Nat Chem Biol. 2007, 3(10):640-9]

19.

20.

НЕФЕРМЕНТАТИВНЫЕ ФУНКЦИИ ТЕЛОМЕРАЗЫ
[Chiodi I, Mondello C. Telomere-independent functions of telomerase in nuclei, cytoplasm, and
mitochondria. Front Oncol. 2012 Sep 28;2:133]

21.

Geron Corporation:
GRNVAC1
GRN163L
Revive Skincare
TaSciences.com
Elizabeth Parrish

22.

Элизабет Блэкбёрн
Кэрол Грейдер
Джек Шостак
Кэрол Грейдер была аспирантом, когда она нашла теломеразу (необходимость быть
отличными наставниками).
У Грейдер в школьном возрасте была дислексия. Кроме того, о ней говорили как о
"глупой" (у каждого есть надежда на будущее).
Элизабет Блэкберн встретилась с Джеком Шостаком на конференции в Гордоне, где
они решили работать вместе над одной научной проблемой (хорошее сотрудничество
является очень важной частью науки).
Tetrahymena - это "животное с низким жизненным потенциалом" (вы никогда не знаете,
откуда придет следующее отличное предложение).