Терминация репликации

4. Проблема «досинтеза» концов линейной ДНК. Теломеразы.

Уэукариот геном представлен линейными молекулами ДНК в составе одной или нескольких хромосом. Размышления о механизмах репликации линейных молекул ДНК породили гак называемую проблему отстающей цепи ДНК. Проблема заключается в том, что синтез отстающей цепи ДНК, как уже было показано выше, происходит в виде коротких фрагментов Оказаки, для инициации синтеза которых требуются РНК-затравки. После удаления затравки на конце, по крайней мере, одной из вновь синтезированных цепей образуется одноцепочечная брешь, которая не может быть заполнена ДНК-полимеразой, поскольку она не функционирует в отсутствие праймера. Вследствие этого в каждом раунде репликации должно было бы происходить укорачивание хромосом с обоих концов, что приводило бы к потере генетической информации, закодированной в концевых фрагментах ДНК.

Исследование механизмов репликации концевых участков эукариотических хромосом - теломеров показало, что синтез теломерных последовательностей ДНК осуществляется специальными ферментами - теломеразами, для которых нет аналогов среди других известных нуклеотидилтрансфераз (рис). Особенностью этих ферментов является присутствие у них в качестве составной части короткого фрагмента РНК - компонента, необходимого для их функционирования и служащего матрицей при синтезе теломерных последовательностей хромосом. Комплементарное взаимодействие РНК теломеразы с З’-концевым выступающим одноцепочечным сегментом ДНК хромосомы инициирует синтез теломерных последовательностей. При этом 3’-концевой фрагмент ДНК служит затравкой для удлинения этой ДНК на РНК-матрице. После удлинения выступающей цепи ДНК до конца матрицы происходит транслокация фермента на один теломерный повтор вперед относительно матрицы с освобождением последовательности матричных нуклеотидов, после чего он готов для вступления в следующий цикл элонгации только что добавленной З’-концевой последовательности хромосомы. После завершения удлинения одноцепочечной З’-концевой теломерной последовательности вторая цепь ДНК достраивается обычным способом. Таким образом, происходит решение «проблемы отстающей цепи ДНК» при репликации ДНК у эукариот.

5. Нуклеосомная укладка ДНК эукариот. Еще одной особенностью репликации эукариотической ДНК является участие в этом процессе гистонов. Считается, что гистоны не покидают ДНК. Нуклеосомы временно раскрываются с образованием двух полунуклеосом, что дает возможность ДНК-полимеразе копировать развернувшуюся молекулу. Вновь синтезированная ДНК, наследует старые гистоны и получает такое же количество новых.

6. Метилирование. ДНК эукариот после репликации подвергается метилированию, это отличительная особенность дочерней ДНК. Метилазы, таким образом, узнают «родную» ДНК, метят ее и проверяют. Метилирование ДНК играет роль в регуляции экспрессии генов (для неактивных генов степень метилирования значительно выше), а также защищает ДНК клетки от атаки нуклеаз. Наиболее часто метилируемыи азотистым основанием является цитозин.