تلومرها و مشکل همانندسازی انتهای کروموزوم
چرا انتهای کروموزومهای خطی نمیتوانند به طور کامل توسط ماشینآلات همانندسازی معمولی کپی شوند و چگونه تلومرها و آنزیم تلومراز این مشکل را حل میکنند.
Definition
مشکل همانندسازی انتهای کروموزوم، ناتوانی DNA پلیمرازهای معمولی در همانندسازی کامل انتهای 5' کروموزومهای خطی است؛ تلومرها کلاههای DNA-پروتئینی تکراری در انتهای کروموزومها هستند و تلومراز ریبونوکلئوپروتئین ترانسکریپتاز معکوسی است که آنها را برای جبران این از دست دادن، طویل میکند.
Scope
این موضوع راهحل ساختاری و آنزیمی برای همانندسازی انتهای کروموزومهای خطی یوکاریوتی را پوشش میدهد. به مشکل همانندسازی انتهای کروموزوم که از حذف پرایمر در انتهای 5' رشته پیرو ناشی میشود، ساختار تکراری تلومرها، عملکرد تلومراز ترانسکریپتاز معکوس و پیامدهای کوتاه شدن تلومر برای ظرفیت همانندسازی سلولی میپردازد. ارتباطات گستردهتر با پیری و سرطان فقط به عنوان اهمیت ذکر شده است.
Core questions
- چرا پلیمرازهای معمولی در کپی کردن انتهای یک کروموزوم خطی شکست میخورند؟
- ساختار تلومر چیست و چگونه از انتهای کروموزوم محافظت میکند؟
- تلومراز چگونه تکرارهای تلومری را اضافه میکند و چرا از الگوی RNA استفاده میکند؟
- پیامدهای کوتاه شدن بیش از حد تلومرها چیست؟
Key theories
- مشکل همانندسازی انتهای کروموزوم
- حذف پرایمر RNA انتهایی در رشته پیرو، شکافی را باقی میگذارد که نمیتوان آن را پر کرد، بنابراین بدون یک مکانیسم جبرانی، یک کروموزوم خطی با هر دور همانندسازی کوتاه میشود.
- تلومراز به عنوان یک ترانسکریپتاز معکوس خود-الگو
- تلومراز زیرواحد RNA خود را به عنوان الگو حمل میکند و از فعالیت ترانسکریپتاز معکوس برای افزودن تکرارهای تلومری به انتهای کروموزومها استفاده میکند و توالی از دست رفته در طول همانندسازی را جبران میکند.
Mechanisms
در رشته پیرو، دورترین پرایمر RNA پس از حذف نمیتواند با DNA جایگزین شود و یک انتهای آویزان 3' تکرشتهای کوتاه و از دست دادن خالص توالی انتهایی را به جا میگذارد. تلومرها این از دست دادن را با تکرارهای پشت سر هم که توسط پروتئینهای محافظتی محدود شدهاند، جبران میکنند که از خوانده شدن انتها به عنوان شکستگی جلوگیری میکند. در سلولهایی که تلومراز بیان میکنند، الگوی RNA داخلی آنزیم با انتهای آویزان جفت باز میشود و افزودن تکرارهای بیشتر را هدایت میکند، پس از آن ماشینآلات معمولی رشته مکمل را پر میکنند؛ در جایی که تلومراز وجود ندارد، تلومرها به تدریج کوتاه میشوند.
Clinical relevance
کوتاه شدن تلومرها طول عمر همانندسازی بسیاری از سلولهای سوماتیک را محدود میکند، در حالی که فعال شدن مجدد تلومراز یک ویژگی رایج سرطانها است؛ این ارتباطات به عنوان اهمیت بیولوژیکی ارائه میشوند، نه به عنوان راهنمایی بالینی یا تشخیصی.
History
بلکبرن و همکارانش تکرارهای تلومری را مشخص کردند و گرایدر و بلکبرن فعالیت تلومراز را در سال 1985 شناسایی کردند؛ این کارها به همراه کار ژنتیکی شوستاک، چگونگی حفظ انتهای کروموزومها را مشخص کرد که در سال 2009 جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را به خود اختصاص داد.
Key figures
- Elizabeth Blackburn
- Carol Greider
- Jack Szostak
Related topics
Seminal works
- greider1985
- alberts2014
Frequently asked questions
- چرا کروموزومها با هر تقسیم کوتاه میشوند؟
- ماشینآلات همانندسازی نمیتوانند آخرین پرایمر را در رشته پیرو جایگزین کنند، بنابراین مقدار کمی از DNA انتهایی در هر دور از بین میرود، مگر اینکه تلومراز آن را دوباره پر کند.
- تلومراز چه کاری انجام میدهد؟
- این آنزیمی است که DNA تلومری تکراری را با استفاده از RNA خود به عنوان الگو به انتهای کروموزومها اضافه میکند و از دست دادن ناشی از همانندسازی ناقص انتها را جبران میکند.