Теломерлер. Теломерлердің белсенділігі

                 Теломерлер.  Теломерлердің белсенділігі              

 

Клетканың тұқым қуалау материалы  хромосомалар болып табылады. Хромосома  ядрода орналасқан, негізгі қызметі  – тұқым қуалау ақпаратын сақтау және ұрпақтан ұрпаққа беру. Хромосоманың саны мен құрылымының өзгеруі  адамдағы тұқым қуалайтын хромосомалық ауруларға алып келеді. Хромосомалық ауруларға диагноз қою ауру адамның  кариотипін зерттеуге негізделген.

Хромосоманың құрылысы 2 хроматиннен тұрады, хроматин хромонемалардан, хромонема дезоксинуклеопротеидтен  тұрады. Хроматиннің құрамына кіретіндер:

1) ДНҚ молекуласы жалпы  хроматин мөлшерінің 40% жуығын құрайды. 

2) Белоктар – 60% жуық. Хроматин  белоктары гистонды, гистонды емес  болып бөлінеді. Гистонды белоктардың  5 түрі бар: Н1, Н2А, Н2В, Н3,Н4.

Гистонды емес белоктарға құрылымдық белоктар, реттеуші белоктар және фермент молекулалары жатады.

 Хромосоманың маңызды  бөлігі – центромера. Центромера  – жасуша бөлінуі кезінде хромосоманың  қозғалуын қамтамасыз етеді. Егер  центромера болмаса хромосомалар  қозғала алмай жойылады. Хромосома  иіндерінің ұштарын теломералар  деп атайды, олардың қызметі хромосомалардың  тұрақтылығын сақтау, хромосомаларды  ядро ламинасына бекіндіру, хромосомаларды  жабысып қалудан сақтау, т.б. болып  табылады. Жасушаның әрбір бөлінуінен  кейін хромосома теломералары  азды-көпті қысқарып отырады,  ал оның ұзындығы минимальды  деңгейге жеткенде жасуша бөлінуін  тоқтатады және бұл ағзаның  қартаюына алып келеді.

Үнемі бөлінуші жасушаларда  теломералар ұзындығын қалпына  келтіріп отыратын ерекше фермент-теломераза ферменті болады.

Теломера — хромосоманың екі иығының ұшындағы бөлігі, теломерлік ДНҚ мен белоктардан құралған. Барлық адамдар мен омыртқалылардың  хромосомаларындағы  теломерлік ДНҚ  TTAGGG  нуклеотидтердің біртекті (монотонды) қосылысынан тұрады. «Теломера» терминін ғылымға 1932 жылы америкалық генетик Г. Меллер енгізген. ДНҚ молекуласының учаскесі болғанына қарамастан ерекше жолмен  репликацияланады. Бұл процеске ерекше ферменттер теломеразалар қатысады. Теломерлерде ешқандай генетикалық ақпарат болмайды, сондықтанда теломерасыз олардың біршама бөлігі түсіп қалған кезде де геном бірқалыпты қызмет ете береді. Теломерлердің негізгі қызметінің өзі де осы болса керек, яғни олар геномның маңызды бөлігін толық репликацияланбаудан қорғап, буферлік қызмет атқарады. Сонымен қатар, теломеразалардан біржола бас тартуға болмайды, себебі жасущаның бөліну процесінде күндердің күнінде ДНҚ-ның теломерлік учаскелері қысқарып-қысқарып жойылуы мүмкін. Теломерлер ерекше, арнайы қызметтер атқарады, сондықтан олар белгілі бір шекке дейін қысқарады.

Теломердің қызметі.

1. Механикалық  -  Теломерлер хромосомалардың ядро матрицасына қосылуына қатысады, бұл ядрода хромосоманың дұрыс бағытта болуы үшін және мейоздық бөліну үшін өте маңызды, бірдей (сестринские) хроматидтердің соңдары бір-біріне жалғанады.

2. Стабилизаторлық  (тұрақтандырушы) – Үзілген хромосомалар соңының  тұрақтануы, хромосоманың жабысып қалуынан немесе қосылуынан, және деградациядан қорғайды.

1)Жасушада теломераза  болмаған жағдайларда ДНҚ-ның  кодтаушы бөлімін толық репликацияланбаудан  сақтайды;

2)  Егер жасушада теломераза болса, үзілген хромосома ұштарын тұрақтандырады;

3. Гендердің экспрессияға әсер етуі. Теломерлердің жанында орналасқан гендер белсенділігінің әсер ету жағдайы жазаланылған немесе төмендеген  – сайленсинг деп аталады. Ол ядро мембранасына жақындауын немесе белгілі ақуыздардың әсерін қамтамасыз ететін – транспозондар үшін тән.

Транспозон – (геном немесе бөлшек ) – жылжымалы генетикалық элемент. Геномда өз орнын ауыстыра беретін ДНҚ фрагменті.

4. «Есептеуші»  қызметі.  Теломерлер, клетка бөлінуінің санын санауға қабілетті, яғни әрбір бөлінуде теломерлер 50-65 жұп  нуклеотидтерге қысқарады. Ұзындығы, өте қысқарған кезде теломерлер көптеген қызметтерін жоғалтады, клеткалық цикл бұзылады және клетка өледі.

ДНК – ның  теломерлік бөлімдері теломеразасыз жасушаның  бөлінуін есептеп отыратын репликометр  болып табылады. Жасуша үшін оның қанша  рет бөлінгеніне қарағанда, теломера ұзындығының сындарлы деңгейіне  жеткенге дейін қанша рет бөлінуінің қалғаны маңыздырақ. Сондықтан да теломера жасушаның теломерасыз  қанша рет бөліне алатынын есептейтін құрылым болып табылады.

Теломера ұзындығы сындарлы деңгейге жеткенде ол өзінің жоғарыда аталған қызметтерін атқара алмайды. Нәтижеде жасуша циклы бұзылып, жасуша өледі.

Сондықтан да, барлық жасушаларда  немесе тек эмбриональдық жасушаларда, ДНК —  ның  толық репликацияланбаған учаскілері қалпына келуі қажет. Бұл қызметті ерекше фермент теломераза атқарады.

Теломеразалар – жасушаның  әр бөлінуінде қысқарған хромосома  ұштарын қалпына келтіруші фермент.

Барлық жасушаларда ДНҚ-ның  толық репликацияланбаған учаскелері қалпына келуі қажет. Бұл қызметті теломеразалар атқарады.

Теломеразалар әрбір теломерлердің G-тізбегін ұзартады. Теломеразалармен 450 нуклеотидтерден тұратын теломеразалық РНҚ байланысқан. Оның ортаңғы қысқа учаскесі 1,5 теломерлік қайталануға комплиментарлы болады. Осы РНҚ –ның сол жағындағы триплет (АУЦ) ДНҚ-ның G-тізбегінің шеткі теломерлік жартықайталанумен байланысу үшін пайдаланылады. Қалған гексонуклеотид (ЦЦААУЦ)  G-тізбекті 3′ ұщынан ұзарту үшін матрица ретінде қызмет атқарады. Теломеразалардың қызметі: қысқа , жаңадан синтезделген тізбекті ұзартпай, ескі матрицалық ұзын тізбекті ұзартады.

ДНҚ молекуласының толық  репликацияланбайтының, яғни теломерлік бөлімдерінің репликацияланбайтының, алғаш рет 1971 жылы А.М.Оловников ашқан.

Мұның мәні мынада: ДНҚ полимеразалық  жүйе аналық ДНҚ молекуласының жіпшелерінің 3′ ұшын толық репликацияламайды, яғни жаңадан синтезделген ДНҚ тізбектері 5′  ұшы жағынан қысқа болады. Себебі әрбір жаңа ДНҚ тізбегі қысқа «РНҚ – ұйытқыдан » (праймер) басталады. Кейін ол ерекш нуклеазалармен алып тасталынады, бірақ босаған учаске дезоксинуклеотидтермен толтырыла алмайды, Себебі ДНҚ полимеразалар өз бетінше ДНҚ синтезін бастай алмайды, ол тек полинуклеотидті 3′ ұшын ұзартады. Бұл жерде теломерлік учаске жоқ, сондықтан жаңа тізбек матрицадан қысқа болады.  ДНҚ молекуласының мұндай ұшын оверхенга немесе үшкір ұшы деп аталады. ДНҚ-ның үшкір ұшы тұрақсыз  болады,экзонкулезалар үшкір ұшындағы ұзын нуклеотидтерді бір-бірлеп алып тастап,  ДНҚ ұшын тұйытайды.

Қалай болғанда да егер теломераза болмаса, оның әрбір бөлінуінен  кейін хромосома қысқарып отырады.

Нидерланд және британ ғалымдары  кейбір адамдардың басқалардан ерте қартаюының себебін түсіндіретін нақты  гентикалық материалдарды тапты, олар – теломералар. Ескірген және қысқарған теломерлер ерте қартаюға және қатерлі ісік ауруларына әкелуі мүмкін екенін дәлелдеді. Ғалымдарға теломерлердің ұзындығын реттейтін ТЕRC гені қартаю  және онкологиялық ауралар процестерінде негізгі рөл атқаратыны белгілі болды. Соңғы зерттеулер ерте қартаю мен теломерлердің қысқаруына жауапты гендердің нақты варианттарын анықтады.

Бұл зерттеулер нәтижесі онкология  және жас аурулары  табиғатын  түсінуде маңызы зор. Адамның стандартты геномынан ерекше  500мыңнан артық  генетикалық ауытқулардың  кездесетінін талдап, адамдардың ерекше варианттары NERS генінің маңында биологиялық сағаттардың 3-4 жылға алда жүретінін байқады.

Ғалымдардың айтуынша қартаюдың  екі түрі болатыны-хронологиялық жылдармен  және биологиялық жасышалардың жасымен есептелетіні белгілі болды.

Ғалымдар хромосома соңындағы  қорғаныш «қалпақшалары» теломерлердің  құрылымын зерттей отырып бір  қорытындығы тоқтады. Ескірген немесе теломерлер ерте қартаюға және қатерлі  ісікке әкелуі мүмкін. Теломерлердә тозудан  сақтау мүмкіндігі бар теломераза ферментін  тапқан америкалық үш ғалым 2009 жылы өз жаңалықтары үшін ығына иеленді. Ғалымдарға теломерлердің ұзындығын реттейтін TERC гені қартаю мен онкологиялық  аурудар процестерінде негізгі рөл атқаратыны белгілі болды. Жаңа зерттеулер  алғаш рет қартаюға  теломерлердің қысқаруына жауапты геннің нақты варианттарын анықтады.

  Қорытынды. 

Адамның ДНҚ-сының 1 молекуласының  орташа ұзындығы 120 миллион нуклеотид  жұптарына тең десек, жасушаның  әрбір бөлінуінде теломераза  белсендігісіз  ДНҚ молекуласы 0,00005% — ға қысқарады  екен. Бұл әрине өте аз. Бірақ, табиғатта теломера ұзындығын қалпына  келтіріп отыратын механизмдер болмаса  хромосомалар жойылып кететін еді. Сонымен қатар бұл процесс канцерогенез, ағзалардың қартаю проблемаларымен тығыз байланысты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      Жоспар 

І. Кіріспе 

ІІ.Негізгі бөлім:

1) Теломерлердің орналасуы және қызметтері

2) Теломераза

3) Теломерлердің репликациялануы.

ІІІ. Қорытынды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             Пайдаланған әдебиеттер тізімі

1. С.А.Әбілов. Молекулалық биология және генетика: Оқулық.- Шымкент: «Асқаралы» баспасы, 2008.- 424 с

2. Е. Қуандықов, Л.Аманжолова  «Молекулалық биология негіздері», 2008

3. http://ru.wikipedia.org және ASIK.kz