_ Probleme duble la cromozom se încheie: Un nou studiu ne modifică înțelegerea biologiei telomerilor

În urmă cu jumătate de secol, oamenii de știință Jim Watson și Alexey Olovnikov și-au dat seama în mod independent că există o problemă cu modul în care ADN-ul nostru este copiat. O particularitate a replicării liniare a ADN-ului a dictat faptul că telomerii care protejează capetele cromozomilor ar fi trebuit să se scurteze cu fiecare rundă de replicare, un fenomen cunoscut sub numele de problema replicării finale.

Dar a apărut o soluție: Liz Blackburn și Carol Greider au descoperit telomeraza, o enzimă care adaugă repetările telomerice la capetele cromozomilor. „Cazul închis, s-a gândit toată lumea”, spune Titia de Lange de la Rockefeller.

Acum, cercetările publicate în Nature sugerează că există două probleme de replicare finală, nu una. În plus, telomeraza este doar o parte a soluției - celulele folosesc și complexul CST-Polα-primază, care a fost studiat pe larg în laboratorul lui de Lange.

„De multe decenii am crezut că știm care este sfârșitul- problema de replicare a fost și cum a fost rezolvată de telomerază”, spune de Lange. „Se pare că am ratat jumătate din problemă.”

De la descrierea dublei spirale a ADN-ului, se știe că ADN-ul are două catene complementare care rulează în direcții opuse — una de la 5’ la 3’; celălalt de la 3’ la 5’.

Când ADN-ul este replicat, cele două catene sunt separate de mașina de replicare, numită și replisom. Replizomul copiază catena 3’ până la 5’ fără întrerupere, un proces denumit sinteza catenei conducătoare. Dar cealaltă catenă este sintetizată în pași scurti înapoi din multe fragmente (fragmente Okazaki) care sunt apoi cusute împreună.

Procesul este destul de direct până la capetele cromozomilor. La copierea telomerului, replicarea ADN-ului catenei principale ar trebui să copieze repetările CCCTAA pentru a genera catena repetată TTAGGG, în timp ce sinteza catenei întârziate ar trebui să facă opusul, făcând noi repetări CCCTAA.

Apare problema replicării finale. deoarece sinteza catenei conducătoare nu reușește să reproducă ultima parte a telomerului, lăsând un telomer de capăt contondent fără el caracteristic și crucial de 3'. Telomeraza rezolvă această problemă prin adăugarea de repetări TTAGGG monocatenare la capătul telomerului. În ceea ce privește catena lagging, sinteza ADN-ului nu ar trebui să aibă o problemă. S-ar putea să înceapă ultimul fragment Okazaki undeva de-a lungul supraîncărcării de 3 pi.

„Mașinaria de replicare a ADN-ului nu poate să nu dubleze complet capătul unui ADN liniar, în același mod în care nu puteți picta podeaua dedesubt. picioarele voastre”, spune Hiro Takai, om de știință în cadrul laboratorului de Lange și autor principal al lucrării.

Problema firelor întârziate

Pe măsură ce descrie procesele biologice, aceasta modelul arăta etanș. Până când Takai a făcut o descoperire surprinzătoare în timp ce lucra la celule cărora le lipseau mașinăria moleculară numită complexul CST-Polα-primază.

El și alții au arătat anterior că CST-Polα-primaza poate completa repetările CCCTAA la telomerii care au avut a fost atacată de enzimele care degradează ADN-ul cunoscute sub numele de nucleaze. Aceste noi date au dezvăluit ceva neașteptat: nu numai că componenta principală avea nevoie de ajutor, ci el a găsit dovezi că sfârșitul firului întârziat nu putea fi sintetizat de replizom.

Lucrările lui Takai au sugerat că sfârșitul -problema de replicare a fost de două ori mai gravă decât se credea anterior, impactând ambele catene de ADN. „Rezultatele pur și simplu nu se potriveau cu modelul de replicare a telomerilor”, spune de Lange.

„În acel moment, Hiro și cu mine ne-am dat seama că fie rezultatele lui nu erau corecte, fie modelul era greșit. rezultatele lui mi s-au părut foarte solide, trebuia să revizuim modelul.”

De Lange l-a contactat pe Joseph T. P. Yeeles, un biochimist care studiază replicarea ADN-ului la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge (același laborator în care Watson și Crick au lucrat la structura dublei helix ADN). Yeeles a fost de acord că ar fi bine să aruncăm o privire atentă asupra modului în care replizomul se comportă la sfârșitul unui șablon ADN liniar. Ar putea replizomul să folosească o proeminență de 3’ pentru a face ultimul fragment Okazaki, așa cum a fost propus?

Rezultatele experimentelor de replicare in vitro ale lui Yeeles au fost foarte clare. Replizomul nu generează fragmente Okazaki pe supraînălțarea 3’; de fapt, oprește sinteza catenelor întârziate cu mult înainte ca șira principală să ajungă la capătul 5’. Această a doua problemă de replicare finală înseamnă că ambele catene de ADN se vor scurta cu fiecare diviziune. Telomeraza a prevenit doar ca acest lucru să se întâmple la catena principală, iar datele lui Hiro au sugerat că CST-Polα-primaza a rezolvat a doua problemă de replicare finală, cea a lanțului întârziat.

Takai și-a petrecut următorii patru ani proiectând noi teste pentru a confirma descoperirile lui Yeeles in vivo. El a reușit să măsoare cât de mult se pierde ADN din cauza problemei de replicare a sfârșitului lanțului întârziat, dezvăluind câte repetiții CCCAAT trebuie adăugate de CST-Polα-primaza pentru a menține telomerii intacți.

Rezultatele. să ne schimbăm înțelegerea biologiei telomerilor — necesitând revizuirea manualelor. Dar descoperirile pot avea și implicații clinice.

Persoanele care moștenesc mutații în CST-Polα-primase suferă de tulburări ale telomerilor, cum ar fi sindromul Coats plus, care se caracterizează printr-o tulburare oculară și anomalii la nivelul creierului, oase și tractul gastrointestinal. Prin o mai bună înțelegere a modului în care ne menținem telomerii, într-o zi ar putea fi făcute progrese în abordarea acestor tulburări devastatoare.

(Fluierul)