Telomere và Vấn đề Sao chép Đầu mút

Tại sao các đầu mút của nhiễm sắc thể tuyến tính không thể được sao chép hoàn toàn bởi bộ máy sao chép thông thường, và cách telomere cùng enzyme telomerase giải quyết vấn đề này.

Definition

Vấn đề sao chép đầu mút là sự bất lực của các DNA polymerase thông thường trong việc sao chép hoàn toàn các đầu 5' của nhiễm sắc thể tuyến tính; telomere là các mũ DNA-protein lặp lại ở đầu nhiễm sắc thể, và telomerase là enzyme phiên mã ngược ribonucleoprotein kéo dài chúng để bù đắp sự mất mát này.

Scope

Chủ đề này bao gồm giải pháp cấu trúc và enzyme để sao chép các đầu mút của nhiễm sắc thể nhân chuẩn tuyến tính. Nó đề cập đến vấn đề sao chép đầu mút phát sinh từ việc loại bỏ mồi ở đầu 5' của mạch trễ, cấu trúc lặp lại của telomere, hoạt động của enzyme telomerase phiên mã ngược, và hậu quả của việc rút ngắn telomere đối với khả năng sao chép của tế bào. Các liên kết rộng hơn với lão hóa và ung thư chỉ được ghi nhận như là ý nghĩa quan trọng.

Core questions

• Tại sao các polymerase thông thường không thể sao chép các đầu mút của nhiễm sắc thể tuyến tính?
• Cấu trúc của telomere là gì và làm thế nào nó bảo vệ đầu nhiễm sắc thể?
• Telomerase bổ sung các đoạn lặp lại telomere như thế nào, và tại sao nó sử dụng khuôn RNA?
• Hậu quả là gì khi telomere trở nên quá ngắn?

Key theories

Vấn đề sao chép đầu mút

Việc loại bỏ mồi RNA cuối cùng trên mạch trễ để lại một khoảng trống không thể lấp đầy, vì vậy nếu không có cơ chế bù đắp, nhiễm sắc thể tuyến tính sẽ ngắn lại sau mỗi vòng sao chép.

Telomerase như một enzyme phiên mã ngược tự khuôn mẫu

Telomerase mang tiểu đơn vị RNA của riêng nó làm khuôn mẫu và sử dụng hoạt tính phiên mã ngược để bổ sung các đoạn lặp lại telomere vào các đầu nhiễm sắc thể, bổ sung trình tự bị mất trong quá trình sao chép.

Mechanisms

Trên mạch trễ, mồi RNA xa nhất không thể được thay thế bằng DNA sau khi bị loại bỏ, để lại một đoạn nhô ra 3' đơn sợi ngắn và sự mất mát ròng của trình tự cuối. Telomere bù đắp sự mất mát này bằng các đoạn lặp lại nối tiếp được gắn bởi các protein bảo vệ, ngăn chặn các đầu mút bị đọc nhầm là các đứt gãy. Trong các tế bào biểu hiện telomerase, khuôn RNA bên trong của enzyme bắt cặp bazơ với đoạn nhô ra và định hướng việc bổ sung thêm các đoạn lặp lại, sau đó bộ máy thông thường lấp đầy mạch bổ sung; nơi không có telomerase, telomere dần dần ngắn lại.

Clinical relevance

Sự rút ngắn telomere giới hạn tuổi thọ sao chép của nhiều tế bào soma, trong khi sự tái hoạt động của telomerase là một đặc điểm phổ biến của các bệnh ung thư; những liên kết này được trình bày như là ý nghĩa sinh học, không phải là hướng dẫn lâm sàng hoặc chẩn đoán.

History

Blackburn và các đồng nghiệp đã mô tả các đoạn lặp lại telomere, và Greider cùng Blackburn đã xác định hoạt tính telomerase vào năm 1985; cùng với công trình di truyền của Szostak, điều này đã thiết lập cách các đầu nhiễm sắc thể được duy trì, được công nhận bởi Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2009.

Key figures

• Elizabeth Blackburn
• Carol Greider
• Jack Szostak

Seminal works

• greider1985
• alberts2014

Frequently asked questions

Tại sao nhiễm sắc thể ngắn lại sau mỗi lần phân chia?

Bộ máy sao chép không thể thay thế mồi cuối cùng trên mạch trễ, vì vậy một lượng nhỏ DNA ở đầu mút bị mất đi mỗi vòng trừ khi telomerase bổ sung nó.

Telomerase làm gì?

Nó là một enzyme bổ sung DNA telomere lặp lại vào các đầu nhiễm sắc thể bằng cách sử dụng RNA của chính nó làm khuôn mẫu, bù đắp sự mất mát do sao chép đầu mút không hoàn chỉnh.