Хромосомада теломералардың орналасуы
Кіріспе
Жасушаның тұқым қуалау материалы — хромосомалар. Олар ядро ішінде орналасып, негізгі қызметі ретінде тұқым қуалау ақпаратын сақтау және оны ұрпақтан ұрпаққа жеткізуді қамтамасыз етеді. Хромосомалар саны мен құрылымындағы өзгерістер адамдағы тұқым қуалайтын хромосомалық ауруларға әкелуі мүмкін. Мұндай ауруларға диагноз қою көбіне науқастың кариотипін зерттеуге негізделеді.
Хроматиннің құрамы
- ДНҚ молекуласы хроматиннің шамамен 40%-ын құрайды.
- Ақуыздар шамамен 60%: гистонды және гистонды емес түрлерге бөлінеді.
Гистондар
H1, H2A, H2B, H3, H4
Гистонды емес ақуыздар
Құрылымдық, реттеуші ақуыздар және ферменттер
Хромосоманың маңызды бөлігі — центромера. Ол жасуша бөлінуі кезінде хромосомалардың дұрыс қозғалуын қамтамасыз етеді. Центромерасыз хромосомалар ажырау үдерісіне толық қатыса алмай, тұрақсыздануы мүмкін.
Хромосома иіндерінің ұштары теломерлер деп аталады. Теломерлер хромосомалардың тұрақтылығын сақтауға, ядро ламинасына бекітілуіне ықпал етуге және хромосомалардың бір-біріне жабысып қалуын болдырмауға қатысады. Әрбір жасушалық бөлінуден кейін теломерлер біртіндеп қысқарады; ал олардың ұзындығы ең төменгі шекке жеткенде жасуша бөлінуді тоқтатуы мүмкін. Бұл құбылыс ағзаның қартаю үдерістерімен байланысты.
Үнемі бөлінетін жасушаларда (мысалы, ұрық жасушаларында және діңгек жасушаларында) теломер ұзындығын қалпына келтіретін ерекше фермент — теломераза кездеседі.
Негізгі бөлім
1) ДНҚ-ның теломерлік бөлімдерінің толық репликацияланбауы
ДНҚ молекуласының ұштары толық репликацияланбайтыны туралы идеяны алғаш рет 1971 жылы А. М. Оловников ұсынды. Мәселенің түйіні мынада: ДНҚ-полимераза матрицалық тізбектің 3′ ұшын толық көшіріп шығара алмайды. Нәтижесінде жаңа синтезделген тізбектердің 5′ ұшы қысқалау болып қалады.
Себебі әрбір жаңа тізбек РНҚ-праймерден басталады. Кейін праймер арнайы нуклеазалар арқылы алынып тасталады, бірақ бос қалған аймақты дезоксинуклеотидтермен толықтыру қиын: ДНҚ-полимераза синтезді өздігінен бастамай, тек бар 3′ ұшынан ұзарта алады. Осыдан барып соңғы бөлікте «толтырылмаған» аймақ қалып, тізбек матрицадан қысқарақ болып шығады.
Термин
Мұндай ұшты көбіне «оверхэнг» (шығыңқы/үшкір ұш) деп атайды. Ол салыстырмалы түрде тұрақсыз болып, экзонуклеазалардың әсерінен ұшының қысқаруына бейім келеді.
Егер жасушада теломераза белсенділігі болмаса, әрбір бөлінуден кейін хромосома ұштары біртіндеп қысқара береді. Теориялық тұрғыдан қысқару праймер ұзындығына сәйкес шамамен 10–15 нуклеотид болуы мүмкін, алайда іс жүзінде көбіне 50–65 нуклеотид жұбына дейін қысқаруы ықтимал. Бұл ДНҚ-полимеразалық кешеннің жұмыс ерекшеліктерімен байланысты.
Сандық бағалау
Адамның ядролық ДНҚ-сының бір молекуласының орташа ұзындығы шамамен 120 млн нуклеотид жұбына тең болса, теломераза белсенділігінсіз әр бөлінуде ДНҚ шамамен 0,00005%-ға қысқарады.
Биологиялық маңызы
Қысқару аз көрінгенімен, теломерді қалпына келтіретін тетіктер болмаса, ұзақ мерзімде хромосома тұрақтылығы бұзылар еді. Сондықтан бұл құбылыс қартаю және канцерогенез мәселелерімен тығыз байланысты.
Ғылыми деректерге сәйкес, хромосома ұштарында генетикалық ақпаратты кодтамайтын арнайы қайталанатын бірізділіктер көп болады. Бұл қайталанулар теломердің қорғаныш рөлін күшейтеді және қысқарудың тікелей гендерге әсерін бәсеңдетеді.
2) Хромосомада теломерлердің орналасуы
Теломерлер хромосоманың әр иінінің ең шеткі бөлігінде орналасады. Олар ДНҚ-ның шынайы ұшын «қорғаныш қалпақша» сияқты жауып, хромосоманы үзік ДНҚ ретінде танудан сақтайды. Сонымен қатар теломерлер хромосомаларды ядроның құрылымдық жүйелерімен (соның ішінде ядро ламинасымен) байланыстырылуына ықпал етеді.
3) Теломерлердің қызметі
Тұрақтылық және қорғаныс
- Хромосома ұштарының тұрақтылығын сақтайды.
- Хромосомалардың бір-біріне жабысып қалуын тежейді.
- Ядро ішіндегі ұйымдасуға және ламинамен байланысқа қатысады.
Ген белсенділігіне ықпалы
Теломерлерге жақын орналасқан гендердің белсенділігі көбіне төмен болады. Теломер қысқарған сайын, кей жағдайларда теломерге жақын гендердің экспрессиясы артуы мүмкін. Бұл құбылыс жасушаның функционалдық күйіне әсер етеді.
Теломер ұзындығының шектен тыс қысқаруы жасушаның бөліну қабілетінің төмендеуіне әкеледі. Сондықтан теломер динамикасы биологиялық жас ұғымымен тығыз байланысты қарастырылады.
4) Теломерлердің нуклеотидтік қайталану жүйелері
Теломер аймақтары көбіне қысқа қайталанатын нуклеотидтік бірізділіктерден тұрады. Бұл қайталанулардың маңызды ерекшелігі — олардың көп бөлігі тікелей ақуыз кодтамайды, бірақ хромосома ұшын қорғау және репликацияның аяқталуындағы «қысқаруды» қауіпсіз аймақта ұстау үшін қызмет етеді.
5) Теломераза әрекетінің механизмі
Теломерлердің қысқаруын өтейтін негізгі тетік — теломераза. Ол теломер аймағын ұзартуға қатысатын ферменттік кешен ретінде белгілі және кей жасушаларда теломер ұзындығын сақтауға мүмкіндік береді.
Зерттеулер теломер ұзындығын реттеуге қатысатын гендердің (соның ішінде TERC аймағымен байланысты варианттардың) биологиялық жастың жеделдеуіне ықпал етуі мүмкін екенін көрсетеді. Ғалымдар қартаюдың екі өлшемін бөліп қарастырады: хронологиялық жас (жылмен) және биологиялық жас (жасушалық деңгейде). Кей жасқа байланысты аурулардың биологиялық жаспен тығыз байланысы болуы ықтимал.
Медицинадағы маңызы
Теломер биологиясы қартаю үдерістерін және қатерлі ісік даму механизмдерін түсіндіруде маңызды орын алады. Теломераза және теломерлерді зерттеудің клиникалық әлеуеті зор.
Қорытынды
Адамның ядролық ДНҚ-сының бір молекуласының орташа ұзындығы шамамен 120 миллион нуклеотид жұбына тең. Теломераза белсенділігі жоқ жағдайда жасушаның әрбір бөлінуі теломер аймақтарының біртіндеп қысқаруына әкеледі. Үлесі аз болғанымен, бұл үдеріс ұзақ мерзімде хромосома тұрақтылығына, жасушалық қартаюға және канцерогенезбен байланысты өзгерістерге әсер етуі мүмкін.
Теломер мен теломеразаның «шешімі»
- Теломерлер хромосома ұшын қорғайды және генетикалық ақпараттың тұрақты берілуін қолдайды.
- Теломераза теломерлерді ұзартуға қатысып, репликация соңындағы «қысқару мәселесін» жеңілдетеді.
- Теломердің қысқаруы теломерге жақын гендердің белсенділігін өзгертіп, жасуша күйіне ықпал етуі мүмкін.
Мысал
Кейбір генетикалық жағдайларда хромосома ұшындағы үзіліске теломерлік бірізділіктердің қосылуы хромосоманың тұрақтануына ықпал етуі мүмкін. Мысалы, α-талассемияда 16-хромосоманың ұзын иініндегі үзіліс маңындағы құрылымдық өзгерістер α-глобин гендерінің қызметіне әсер етеді; теломер аймағымен байланысты қайта құрылымданулар белгілі бір жағдайларда функционалдық салдарға әкелуі мүмкін.
Жалпы алғанда, теломерлер мен теломераза хромосомадағы тұқым қуалау ақпаратының сақталуына және ұрпақтан ұрпаққа берілуіне жағдай жасап, ағзаның өмірлік циклінде маңызды рөл атқарады.
Қолданылған әдебиеттер
- 1. С. Әбилаев. Молекулалық биология және генетика. Шымкент, 2008. 46–49-беттер.
- 2. Қуандықов Е.Ө., Аманжолова Л.Е. Молекулалық биология негіздері. Алматы, 2008. 34–40-беттер.
- 3. П. Қазымбет, Л. Аманжолова, Қ. Нұртаева. Медициналық биология. Алматы, 2008. 44–50-беттер.
- 4. Интернет-дереккөздер (іздеу жүйелері және электрондық ресурстар).