Уникальный механизм защиты хромосом беспозвоночных

Группа исследователей из Salk Institute for Biological Studies в экспериментах на нематоде Caenorabditis elegans (C. elegans) показали, как устроены теломеры хромосом этого круглого червя. Их открытие важно не только для фундаментальной биологии, но и для медицины, так как позволяет сделать новые выводы о природе канцерогенеза и старения клеток млекопитающих.

Исследователи из лаборатории Яна Карлседера (Jan Karlseder) выяснили, что теломеры (концевые участки) хромосом C. elegans устроены иначе, чем у млекопитающих. В то время как у млекопитающих на концах хромосом находятся нити ДНК, состоящие преимущественно из гуанина (G, guanine), у [i]C. Elegans эти последовательности содержат большое количество цитозина (C, cytosine).

Карлседер говорит, что это различие было вполне предсказуемо. «Теломеры защищают хромосомы от повреждения. Теломеры млекопитающих содержат однонитевой фрагмент ДНК длиной примерно 150 оснований, состоящий из повторяющейся последовательности TTAGGG. Мы обнаружили, что у примитивных круглых червей эта последовательность вместо гуанина содержит цитозин».

«Защита концевых участков хромосом от повреждений необходима для выживания любого биологического вида. Потеря теломеров может привести к хромосомным абберациям, разрывам и слияниям хромосом, что, в свою очередь, ведет к геномной нестабильности и злокачественной трансформации клеток».

Теломеры также играют большую роль в процессах старения. В норме при делении клеток происходит укорочение теломерных участков хромосом. Когда длина теломера становится критической, клетка погибает путем апоптоза. В то же время в раковых клетках происходит аномальное удлинение теломеров.

Ян Карлсредер и его коллеги Марсела Райсес (Marcela Raices) и Эндрю Диллин (Andrew Dillin) обнаружили уникальные «С-хвосты» теломеров C. Elegans. При этом, в отличие от однонитевых «G-хвостов» млекопитающих, которые крепятся к 5'-концу ДНК, «С-хвосты» у нематоды крепятся к 3'-концу ДНК в хромосоме. Однако у нематоды присутствуют также и «G-теломеры», сходные с теломерами млекопитающих, которые присоединяются к 5'-концу ДНК.

Также были обнаружены два белка, которые специфически связываются с «С-» либо «G-хвостами». При делеции генов, кодирующих один из этих белков, образуются аномальные теломеры. По-видимому, у млекопитающих есть гомологичные белки, потеря которых ведет к нарушениям регуляции теломеров.

«C. elegans – известная модель изучения процессов старения», говорит Карлседер, «мы можем отсеквенировать и просканировать весь геном этого организма за несколько месяцев. Подобный эксперимент на клетках млекопитающих занял бы годы. Мы хотим получить исчерпывающие знания о регуляции теломеров C. elegans и затем приложить эти знания к млекопитающим. До настоящего времени мы довольно мало знаем о репликации и процессинге теломеров».

Однако рано предполагать, что «С-теломеров» нет у млекопитающих вовсе – возможно, они присутствуют в ДНК раковых клеток. Сегодня считается, что блокировать развитие неоплазий можно путем нарушения работы теломеразы – фермента, ответственного за синтез теломеров. Однако исследователи считают, что для контроля теломеров необходимо знать все механизмы их функционирования.


Теломеры C. elegans

Результаты работы опубликованы в журнале Cell

По материалам:
Salk Institute for Biological Studies