Теломеры и центромеры

Теломеры и центромеры — это специализированные ДНК-белковые структуры, которые обеспечивают полное копирование и точное расхождение линейных эукариотических хромосом. Теломеры покрывают и защищают концы хромосом, решая проблему их репликации, в то время как центромеры организуют прикрепление хромосом к веретену деления.

Definition

Теломеры — это повторяющиеся нуклеопротеиновые структуры, которые покрывают концы линейных хромосом и поддерживаются ферментом теломеразой, тогда как центромеры — это специализированные хромосомные области, которые собирают кинетохор, к которому прикрепляются микротрубочки веретена деления во время клеточного деления.

Scope

Статья охватывает структуру и функции теломер (проблема концевой репликации, теломерные повторяющиеся последовательности и фермент теломераза) и центромер (хромосомные области, формирующие кинетохоры для прикрепления к веретену деления). Это справочная тема по биологии хромосом, не содержащая клинических рекомендаций.

Key concepts

• Теломера (концевой колпачок хромосомы)
• Проблема концевой репликации
• Теломераза и ее РНК-матрица
• Теломерные повторяющиеся последовательности
• Центромера
• Кинетохор и прикрепление к веретену деления
• Расхождение хромосом

Mechanisms

Поскольку обычные ДНК-полимеразы не могут полностью реплицировать самые концы линейной ДНК (проблема концевой репликации), концы хромосом укорачивались бы с каждым делением. Теломеры, состоящие из тандемных повторяющихся последовательностей, связанных с защитными белками, компенсируют эту потерю, а фермент теломераза, обратная транскриптаза, несущая свою собственную РНК-матрицу, может удлинять теломерные повторы. Грайдер и Блэкберн идентифицировали эту теломерную терминальную трансферазную активность, а компонент РНК теломеразы человека был охарактеризован позднее. Центромеры — это хромосомные области, во многих организмах определяемые специализированным состоянием хроматина, на которых собирается кинетохор; кинетохор — это белковая машина, которая связывает каждую хромосому с микротрубочками веретена деления, так что сестринские хроматиды оттягиваются к противоположным полюсам, обеспечивая точное расхождение. Вместе теломеры и центромеры делают возможным полное копирование и точное наследование линейных хромосом.

Clinical relevance

Поддержание теломер связано с репликативной способностью клеток и стабильностью генома, а функция центромер необходима для правильного расхождения хромосом; обе темы являются повторяющимися в биологии рака и исследованиях старения. Статья описывает эти структуры для справки и не является основанием для индивидуальных клинических решений.

History

Поведение концов хромосом и проблема концевой репликации были признаны к началу 1970-х годов. В 1985 году Грайдер и Блэкберн идентифицировали теломеразу как активность, которая добавляет теломерные повторы, а компонент РНК теломеразы человека был охарактеризован в 1995 году. Работа над центромерами, основанная на классической цитогенетике, определила кинетохор как консервативный интерфейс между хромосомами и веретеном деления.

Key figures

• Elizabeth Blackburn
• Carol Greider
• Jack Szostak
• Iain Cheeseman

Seminal works

• greider-blackburn-1985
• feng-1995
• cheeseman-2014

Frequently asked questions

Что такое проблема концевой репликации?

Стандартная репликация ДНК не может копировать самые концы линейной хромосомы, поэтому концы постепенно укорачивались бы с каждым делением. Теломеры и фермент теломераза вместе компенсируют эту потерю.

Чем теломеры отличаются от центромер?

Теломеры находятся на кончиках хромосом и защищают и поддерживают концы, в то время как центромера — это внутренняя область, которая формирует кинетохор для прикрепления к веретену деления, чтобы хромосомы правильно разделялись во время деления.