ტელომერები და ტელომერაზა

რომ შეგეძლოთ თქვენი ერთ-ერთი ქრომოსომის გამოსახულების ძლიერ გადიდება და მის ბოლოზე არსებული დნმ-ის დათვალიერება, რას დაინახავდით? ალბათ გგონიათ, რომ იქ გენები იქნებოდა ან გენთა რეგულაციაში ჩართული დნმ-თანმიმდევრობები მაინც. სულაც არა. სინამდვილეში, თქვენ ნახავდით სულ ერთ თანმიმდევრობას –TTAGGG – გამეორებულს რამდენიმე ასეულჯერ ან ათასეულჯერ.

ქრომოსომების ბოლოებზე მდებარე განმეორებად უბნებს ტელომერები ეწოდება და ისინი ეუკარიოტთა მრავალ სახეობაში გვხვდება, დაწყებული ადამიანებიდან, დამთავრებული ერთუჯრედიანი უმარტივესებით. ტელომერები ქრომოსომების ბოლოებზე თავსახურებივითაა, რომლებიც შიდა ნაწილებს იცავენ და დნმ-ის თითოეული რეპლიკაციისას ისინი სიგრძეში ოდნავ მოკლდება.

ამ სტატიაში დეტალურად განვიხილავთ, რატომაა ტელომერები საჭირო, რატომ მოკლდება ისინი დნმ-ის რეპლიკაციისას და როგორ გამოიყენება ფერმენტი ტელომერაზა მათ დასაგრძელებლად.

ბაქტერიული ქრომოსომებისგან განსხვავებით, ეუკარიოტების ქრომოსომები ხაზოვანია (წრფივი), ანუ მათ ორი ბოლო აქვთ, რაც პრობლემას წარმოშობს დნმ-ის რეპლიკაციისას. ქრომოსომის ბოლოზე, უკიდურეს ნაწილში მდებარე დნმ ვერ ორმაგდება რეპლიკაციის თითოეულ ჯერზე, რის გამოც ქრომოსომა ნელ-ნელა მოკლდება.

რატომ ხდება ასე? დნმ-ის გაორმაგების დროს რეპლიკაციის ჩანგალთან ორი ახალი ჯაჭვიდან ერთი უწყვეტად წარმოიქმნება და მას წამყვანი ჯაჭვი ეწოდება. მეორე, ჩამორჩენილი ჯაჭვი ნაწილ-ნაწილ, ოკაზაკის ფრაგმენტებად იწყობა და თითოეული მათგანის წარმოქმნას რნმ-პრაიმერი სჭირდება (მეტის გასაგებად იხ. სტატია დნმ-ის რეპლიკაცია).

უხშირესად, ოკაზაკის ფრაგმენტების პრაიმერები მარტივად შეიძლება, ჩანაცვლდეს დნმ-ით და ფრაგმენტებიც შეწებდეს ერთიანი ჯაჭვის წარმოსაქმნელად, თუმცა როცა რეპლიკაციის ჩანგალი ქრომოსომის ბოლოს აღწევს (ბევრ სახეობაში, მათ შორის ადამიანებშიც), რჩება დნმ-ს პატარა ნაწილი, რომლის კომპლემენტარული ოკაზაკის ფრაგმენტიც არ წარმოიქმნება —ამ ფრაგმენტის პრაიმერი ქრომოსომის ბოლოს იქით, ჰაერში ხომ ვერ მოთავსდება?! $^1$start superscript, 1, end superscript. ამასთანავე, ბოლოს წარმოქმნილი ოკაზაკის ფრაგმენტის პრაიმერიც ვერ ჩანაცვლდება დნმ-ით, სხვა პრაიმერებისგან განსხვავებით.

ამ პრობლემების გამო ეუკარიოტული ქრომოსომის დნმ-ის ნაწილი თითოეული რეპლიკაციის დროს გაუორმაგებელი რჩება (მეორე ჯაჭვის შესაბამისი ბოლო კი - ერთმაგი და „გარეთ გადმოკიდებული"). უჯრედის მრავალჯერ გაყოფისას ქრომოსომა უფრო და უფრო მოკლდება, რადგან ყველა ჯერზე ეს მეორდება.

ადამიანის უჯრედებში ბოლო რნმ-პრაიმერი ქრომოსომის ბოლოდან სულ $70$70-$100$100 ნუკლეოტიდით შეიძლება იყოს დაშორებული$^{2}$squared შესაბამისად, ქრომოსომების ბოლოების არასრული რეპლიკაციის გამო წარმოქმნილი ერთმაგი ბოლოები საკმაოდ გრძელია და თითოეული ქრომოსომაც მნიშვნელოვნად მოკლდება უჯრედის თითოეული გაყოფისას.

ქრომოსომების ბოლოების გაცვეთასთან ერთად გენების დაკარგვის თავიდან ასაცილებლად, ეუკარიოტების ქრომოსომებს ბოლოებზე დნმ-ის სპეციალური თავსახურები, ტელომერები, აქვთ. ტელომერებში რამდენიმე ასეულჯერ ან ათასეულჯერაა გამეორებული ერთი და იგივე, მოკლე დნმ-თანმიმდევრობა, რომელიც განსხვავებულია ორგანიზმებში, მაგრამ ადამიანებსა და სხვა ძუძუმწოვრებში არის: 5'-TTAGGG-3'.

ტელომერები აუცილებლად უნდა იყოს დაცული უჯრედის დნმ=ის რეპარაციის სისტემისგან, რადგან მათ ერთჯაჭვიანი, „გამოშვერილი" ბოლოები აქვთ, რაც „საეჭვოდ მიაგავს" დაზიანებულ დნმ-ს. ეს ერთმაგი ბოლოები ჩამორჩენილი ჯაჭვის ბოლოს არასრული რეპლიკაციის შედეგია (იხ. ილუსტრაცია ზემოთ). წამყვანი ჯაჭვის ბოლოზე ასეთივე „გამოშვერილ ჯაჭვს" ფერმენტები სპეციალურად წარმოქმნიან დნმ-ის ნაწილის მოჭრით$^1$start superscript, 1, end superscript.

ზოგ სახეობაში (მათ შორის ადამიანებშიც) ეს ერთმაგი ბოლოები მახლობლად მდებარე ორჯაჭვიანი დნმ-ის კომპლემენტარულ უბნებს უკავშირდება და ტელომერი დამცავ მარყუჟს წარმოქმნის.$^3$cubed ტელომერების ბოლოებთან დაკავშირებული ცილებიც იცავს ამ ნაწილს და ხელს უშლის დნმ-ის შემკეთებელი გზების ჩართვას.

ტელომერების ეს გამეორებები უჯრედის ყოველ ციკლში, ყოველი გაყოფისას თანდათან ცვდება და ერთგვარ „ბუფერს" ქმნის, რომელიც ქრომოსომის შიგნითა, გენებიან ნაწილს იცავს (დროებით მაინც). ტელომერების დამოკლებას უკავშირებენ უჯრედების დაბერებას და სწორედ ამით შეიძლება ავხსნათ ისიც, რომ უჯრედის გაყოფის რიცხვი ლიმიტირებულია.

ზოგ უჯრედს შეუძლია ტელომერების დამოკლების პროცესის შებრუნება, რადგან მათ აქვთ ქრომოსომების ტელომერების დამგრძელებელი ფერმენტი ტელომერაზა. ტელომერაზა რნმ-დამოკიდებული დნმ-პოლიმერაზაა, ანუ ფერმენტი, რომელიც რნმ-ს იყენებს ნიმუშად დნმ-ის წარმოსაქმნელად.

როგორ მუშაობს ტელომერაზა? იგი უკავშირდება რნმ-ის სპეციალურ მოლეკულას, რომელიც ტელომერების განმეორებადი თანმიმდევრობების კომპლემენტარულია. ტელომერაზა ტელომერის დნმ-ს, ერთმაგ, „გამოშვერილ" ჯაჭვს აგრძელებს (ნუკლეოტიდებს უმატებს), რისთვისაც ნიმუშად ამ რნმ-ს იყენებს. ერთი ჯაჭვის საკმარისად დაგრძელების შემდეგ მისი კომპლემენტარული ჯაჭვის აწყობაც ადვილია დნმ-ის რეპლიკაციის ჩვეულებრივი მექანიზმით (ანუ რნმ-პრაიმერებითა და დნმ-პოლიმერაზათი) და საბოლოოდ ორმაგი დნმ წარმოიქმნება.

პრაიმერი შეიძლება სწორად ვერ განთავსდეს ქრომოსომის ბოლოზე და ვერც დნმ-ით ჩანაცვლდეს, ამიტომ გამოშვერილი ბოლო მაინც დარჩება, თუმცა ტელომერის ჯამური სიგრძე მაინც გაიზრდება.

ტელომერაზა სომატური (სხეულის) უჯრედების უმრავლესობაში აქტიური არ არის, მაგრამ იგი ფუნქციონირებს ჩანასახოვან უჯრედებში (რომლებისგანაც შემდეგ სპერმატოზოიდები ან კვერცხუჯრედები წარმოიქმნება) და მოზრდილთა ზოგ ღეროვან უჯრედში. ამ უჯრედებს მრავალჯერ გაყოფა ესაჭიროებათ, ხოლო ჩანასახოვანმა უჯრედებმა დასაბამი უნდა მისცეს ახალ ორგანიზმს, რომელსაც თავისი ტელომერული „საათი" ექნება$^5$start superscript, 5, end superscript.

საინტერესოა, რომ მრავალ სიმსივნურ უჯრედს მოკლე ტელომერები აქვს და ტელომერაზა მათში აქტიურია. თუ სიმსივნის მკურნალობისას მედიკამენტებით შევძლებდით ტელომერაზას გამორთვას, ზედმეტი გაყოფა (და ავთვისებიანი სიმსივნის ზრდა) თეორიულად, შეწყდებოდა.