Kromozom uçlarında çifte sorun: Yeni çalışma telomer biyolojisi anlayışımızı değiştiriyor

Kromozom uçlarında çifte sorun: Yeni çalışma telomer biyolojisi anlayışımızı değiştiriyor

Yarım yüzyıl önce bilim insanları Jim Watson ve Alexey Olovnikov birbirlerinden bağımsız olarak DNA'mızın kopyalanma şekliyle ilgili bir sorun olduğunu fark ettiler. Doğrusal DNA replikasyonundaki bir tuhaflık, kromozomların uçlarını koruyan telomerlerin her replikasyon turunda kısalması gerektiğini dikte etti; bu, son replikasyon problemi olarak bilinen bir olgudur.

Ancak bir çözüm ortaya çıktı: Liz Blackburn ve Carol Greider, telomerik tekrarları kromozomların uçlarına ekleyen bir enzim olan telomerazı keşfettiler. Rockefeller'dan Titia de Lange "Davanın kapandığını herkes düşündü" diyor.

Artık Nature'da yayınlanan araştırma, bir değil iki uç kopyalama sorununun olduğunu öne sürüyor. Dahası, telomeraz çözümün yalnızca bir parçasıdır; hücreler aynı zamanda de Lange'nin laboratuvarında kapsamlı bir şekilde incelenen CST-Pola-primaz kompleksini de kullanır.
De Lange, "On yıllar boyunca son kopyalanma sorununun ne olduğunu ve bunun telomeraz tarafından nasıl çözüldüğünü bildiğimizi sanıyorduk" diyor. "Görünüşe göre sorunun yarısını kaçırmışız."

Öncü dizin sorunu

DNA çift sarmalının tanımlanmasından bu yana, DNA'nın zıt yönlerde uzanan iki tamamlayıcı ipliğe sahip olduğu bilinmektedir; biri 5'ten 3'e; diğeri 3' ila 5' arasındadır.

DNA kopyalandığında iki iplik, replizom olarak da adlandırılan kopyalama makinesi tarafından ayrılır. Replizom, 3' ila 5' iplikçiklerini kesintisiz olarak kopyalar; bu işlem, öncü iplikçik sentezi olarak adlandırılır. Ancak diğer iplik, daha sonra birbirine dikilen birçok parçadan (Okazaki parçaları) kısa geriye doğru adımlarla sentezlenir.

Süreç kromozomların uçlarına kadar oldukça doğrudandır. Telomeri kopyalarken, öncü iplikçik DNA replikasyonu, TTAGGG tekrar zincirini oluşturmak için CCCTAA tekrarlarını kopyalamalı, gecikmeli iplikçik sentezi ise bunun tersini yaparak yeni CCCTAA tekrarları oluşturmalıdır.

Son replikasyon sorunu, öncü iplik sentezinin telomerin son kısmını yeniden üretmede başarısız olması ve karakteristik ve önemli 3' sarkıntısı olmayan kör bir ön uç telomer bırakması nedeniyle ortaya çıkar. Telomeraz, telomer ucuna tek sarmallı TTAGGG tekrarları ekleyerek bu sorunu çözer. Gecikmeli zincire gelince, DNA sentezinde bir sorun olmamalıdır. Son Okazaki parçasını 3' çıkıntı boyunca bir yerden başlatabilir.

De Lange laboratuvarında kıdemli personel bilim insanı ve araştırmanın baş yazarı Hiro Takai, "DNA kopyalama makinesi, tıpkı ayaklarınızın altındaki zemini boyayamadığınız gibi, doğrusal bir DNA'nın sonunu tam olarak kopyalayamaz" diyor. kağıt.

Gecikmeli dizin sorunu

Biyolojik süreçlerin tanımları devam ettikçe, bu model su geçirmez görünüyordu. Ta ki Takai, CST-Polla-primaz kompleksi adı verilen moleküler mekanizmadan yoksun hücreler üzerinde çalışırken şaşırtıcı bir keşif yapana kadar.

Kendisi ve diğerleri daha önce CST-Pola-primazın, nükleazlar olarak bilinen DNA parçalayıcı enzimlerin saldırısına uğrayan telomerlerdeki CCCTAA tekrarlarını yenileyebildiğini göstermişti. Bu yeni veriler beklenmedik bir şeyi ortaya çıkardı: Yalnızca öncü ipliğin yardıma ihtiyacı yoktu, aynı zamanda geciken ipliğin sonunun da replizom tarafından sentezlenemeyeceğine dair kanıtlar buldu.

Takai'nin çalışması, son kopyalanma sorununun önceden düşünüldüğünden iki kat daha ciddi olduğunu ve her iki DNA zincirini de etkilediğini öne sürdü. De Lange, "Sonuçlar telomer replikasyonu modeline uymuyordu" diyor.

"O noktada Hiro ve ben ya sonuçlarının doğru olmadığını ya da modelin yanlış olduğunu fark ettik. Sonuçları bana çok sağlam göründüğü için modeli yeniden gözden geçirmemiz gerekti."

De Lange, Cambridge'deki Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'nda (Watson ve Crick'in DNA çift sarmalının yapısı üzerinde çalıştığı laboratuvarın aynısı) DNA replikasyonu üzerinde çalışan biyokimyacı Joseph T. P. Yeeles ile temasa geçti. Yeeles, replizomun doğrusal bir DNA şablonunun sonunda nasıl davrandığına yakından bakmanın iyi olacağı konusunda hemfikirdi. Replisome, önerildiği gibi son Okazaki parçasını oluşturmak için 3' çıkıntıyı kullanabilir mi?

Yeeles'in in vitro replikasyon deneylerinin sonuçları çok açıktı. Replizom 3' çıkıntısında Okazaki parçaları oluşturmaz; aslında öndeki iplikçik 5' ucuna ulaşmadan çok önce gecikmeli iplikçik sentezini durdurur. Bu ikinci replikasyon sonu sorunu, her bölünmede DNA'nın her iki ipliğinin de kısalması anlamına gelir. Telomeraz bunun yalnızca ön iplikçikte olmasını engelliyordu ve Hiro'nun verileri, CST-Pola-primazın ikinci uç replikasyon sorununu, yani gecikmeli iplikçik sorununu çözdüğünü ileri sürdü.

Takai sonraki dört yılını Yeeles'in bulgularını in vivo olarak doğrulamak için yeni analizler tasarlamakla geçirdi. Gecikmeli iplikçik son replikasyonu sorunu nedeniyle ne kadar DNA kaybolduğunu ölçebildi ve telomerleri sağlam tutmak için CST-Polla-primaz tarafından kaç CCCAAT tekrarının eklenmesi gerektiğini ortaya çıkardı.

Sonuçlar telomer biyolojisi anlayışımızı değiştiriyor ve ders kitaplarının gözden geçirilmesini gerektiriyor. Ancak bulguların klinik sonuçları da olabilir.

CST-Pola-primaz mutasyonlarını miras alan kişiler, göz bozukluğu ve beyin, kemikler ve gastrointestinal sistemdeki anormallikler ile karakterize edilen Coats plus sendromu gibi telomer bozukluklarından muzdariptir. Telomerlerimizi nasıl koruduğumuzun daha iyi anlaşılmasıyla, bir gün bu yıkıcı bozuklukların çözümünde önemli adımlar atılabilir.

Kaynak: Phys