Москалев А.А. Старение и гены

Подождите немного. Документ загружается.

как Cdc13 у Saccharomyces cerevisiae, TEBP у ресничного простей-

шего Oxytricha nova, или POT-1 у млекопитающих. Одноцепо-

чечный 3'-выступ может быть также спрятан в специализирован-

ном участке теломерной ДНК — в так называемой T-петле (Chai

et al., 2005). T-петля формируется путем сворачивания 3'-выступа

в двухцепочечную ДНК (Franco et al., 2005). Структура Т-петли на-

поминает промежуточный продукт гомологичной рекомбинации.

Поэтому неудивительно, что белки гомологичной рекомбинации

ДНК — Rad54 и Rad51D играют важную роль в кепировании (по-

крове) теломер и регуляции их длины (Blasco, 2005).

Теломеры млекопитающих связаны со многими другими бел-

ками, участвующими в защите от деградации и репарации двухце-

почечных разрывов (Bitterman et al., 2003). Белок TRF1 формирует

мультибелковый комплекс, участвующий в контроле длины тело-

мер. Кроме того, этот комплекс включает TIN2, TANK1 и TANK2

поли(АДФ-рибозо)полимеразы, POT-1 и PTOP/PIP1, а также TRF2

через его взаимодействие с TIN2. Предполагают, что TRF2 играет

фундаментальную роль в защите одноцепочечного теломерного

выступа от деградации и в предотвращении объединения теломер.

Он также привлекает к теломерам ряд других белков, участвую-

щих в репарации ДНК, например комплекс MRE11, состоящий из

RAD50, MRE11 и NBS1 и являющийся ключевым компонентом

механизмов гомологичной рекомбинации и негомологичного со-

единения концов, участвующих в репарации двухцепочечной ДНК.

Кроме того, TRF2 взаимодействует с другими белками репарации

ДНК: PARP-2, Ku, Werner, комплексом эксцизионной репарации

нуклеотидов XPF/ERCC1. Последний выступает в роли экзону-

клеазы, отсекающей 3'-выступ при отсутствии функционального

TRF2. В дополнение следует отметить, что TRF2 специфически

связывает АТМ, что вызывает блокирование АТМ-зависимого от-

вета на повреждение ДНК. Наконец, TRF2 привлекает к теломерам

человека hRAP1, сверхэкспрессия которого вызывает удлинение

теломер (Blasco, 2005).

Весь этот комплекс белков можно обнаружить на теломерах

методом иммунофлуоресценции. Он получил название TIF (telo-

mere dysfunction induced foci). В большинстве стареющих клеток

часть теломер имеет признаки потери такой белковой защиты, о

чем свидетельствует присутствие на них других белков, участвую-

щих в репарации двухцепочечных разрывов, — γ-H2AX, 53BP1,

MRE11, ATM, Chk2 и Chk1 (Herbig, Sedivy, 2006).

Важная роль перечисленных белков в старении клеток не вы-

зывает сомнений. Инактивация TRF2 приводит к клеточному ста-

рению, зависимому от функции ключевых факторов распознава-

ния поврежденной ДНК — ATM и р53. Главными компонентами

сигналинга в ответ на укорочение теломер в фибробластах чело-

века являются два субстрата фосфорилирования ATM — Chk2 и

H2AX. Стареющие фибробласты в культуре накапливают γ-H2AX,

маркер двухцепочечных разрывов ДНК. Протеинкиназа Chk2 яв-

ляется компонентом сигнального пути проверочной точки клеточ-

ного цикла в ответ на повреждение ДНК, например, под действием

ионизирующей радиации или при блокировании репликации гид-

роксимочевиной. Активированный Chk2 в свою очередь фосфори-

лирует супрессоры опухолей р53 и BRCA1 или представителей се-

мейства CDC25-фосфатаз. В результате инициируются провероч-

ные точки G

, S или G

/M клеточного цикла, что обусловливает

необратимую остановку роста стареющей клетки. В то же время

ATM не только распознает сигнал о повреждении теломер, но и на-

прямую участвует в поддержании их длины. Активация нижеле-

жащего сигналинга в ответ на повреждение теломер присуща не

только АТМ, но и его гомологу ATR, также способному фосфо-

рилировать киназу Chk2 (Gire et al., 2004). В стареющих клетках

количество связанного с теломерами ATM возрастает в 37 раз, а

количество ATR — в 6 раз (Shay, Wright, 2004). При выключе-

нии гена АТМ или его мишени Chk2 задержки в фазе G

клеточ-

ного цикла при клеточном старении не происходит. Однако по-

врежденные теломеры все же активируют задержку в G

через

ATR/Chk1-сигнальный механизм (Herbig, Sedivy, 2006).

Универсальность данного механизма теломерозависимого ста-

рения подтвердилась на модели дрожжей. В норме их теломеры не

укорачиваются, так как клетки дрожжей имеют активный фермент

теломеразу. Однако его выключение приводит к ускоренному реп-

ликативному старению. Как оказалось, ферменты Tel1p и Mec1p

(гомологи ATM и ATR человека) также участвуют в поддержании

целостности теломер. Mec1p выступает в роли сенсора теломер-

ных нарушений. Он связывается со структурно измененными те-

ломерами, которые образуются в позднюю S-фазу или в резуль-

тате дефектов метаболизма теломер (при делеции гена каталити-

ческой субъединицы теломеразы est2 или гена репарационного

белка yKu70). Tel1p и Mec1p взаимозависимо удерживаются на

теломерах в течение всего клеточного цикла. В ответ на повреж-

дение теломерной ДНК Mec1p передает сигнал через Chk1 и(или)

Rad53/Dun1, активируя проверочную точку клеточного цикла и

транскрипцию ферментов репарации. Киназа Tel1p при поврежде-

нии ДНК также подает сигнал на репарационный путь Rad53/Dun1

(Shay, Wright, 2004). Таким образом, связанные с теломерами

биохимические пути являются эволюционно консервативными.

Эти пути продемонстрировали также роль Ku70 — фермента репа-

рации двухцепочечных разрывов ДНК в поддержании теломер.

Исследования мышей с подавленной функцией репарацион-

ного белка Ku86 и ДНК-зависимой протеинкиназы (DNA-PK) по-

казало, что эти белки также важны для защиты теломер. Отмена

функции любого из них имеет результатом слияние хромосом.

Кроме того, мутация в гене фермента DNA-PK приводит к уско-

ренному укорочению теломер с возрастом. Каков механизм их

участия в поддержании теломер? DNA-PK кооперируется с тело-

меразой, участвуя в поддержании длины теломер, тогда как Ku86

является негативным регулятором теломеразы. Ku86 и DNA-PK

также принимают участие в распознавании и процессинге крити-

чески укороченных теломер в качестве поврежденной ДНК (Espe-

jel et al., 2004; Blasco, 2005).

Теломеры содержат нуклеосомы, что предполагает подвержен-

ность модификациям их гистонов — ацетилированию, метилиро-

ванию и фосфорилированию, изменяющим структуру хроматина.

Как правило, конститутивный гетерохроматин является транскрип-

ционно неактивным («молчащим») и характеризуется гипермети-

лированием ДНК, гипоацетилированием гистонов, гиперметили-

рованием гистонов H3 и H4. Теломеры представляют собой часть

конститутивного гетерохроматина клетки. Модельные объекты —

дрожжи и мухи с дефектной активностью генов, модифицирую-

щих состояние хроматина, характеризуются в частности, ненор-

мальной регуляцией длины и функции теломер. Триметилирова-

ние гистона H3-K9 гистоновыми метилтрансферазами Suv39h яв-

ляется маркером гетерохроматина, создавая участок связывания

главного гетерохроматинового белка 1 (HP1). Мутация HP1 у дро-

зофил приводит к дефекту покрова теломер и к увеличению часто-

ты их рекомбинации. Все это свидетельствует в пользу эпигене-

тического регулирования функции теломер. У мышей теломеры

также обогащены триметилированным H3-K9 и НР1. У данного

объекта активность метилтрансфераз Suv39h1 и Suv39h2 необхо-

дима для поддержания как триметилирования H3-K9, так и связы-

вания НР на теломерах. В результате мыши с двойной делецией

Suv39h1 и Suv39h2 несут атипично удлиненные теломеры. Поте-

ря гетерохроматинизации теломер не только играет роль в поддер-

жании длины теломер, но и изменяет экспрессию близлежащих

(прителомерных) генов — это так называемый «позиционный эф-

фект теломер». Кроме того, эпигенетические модификации могут

также регулировать связывание с теломерами белков TRF1 и TRF2,

защищающих их от распознавания в качестве поврежденной ДНК.

Действительно, у мутантов Suv39h наблюдали увеличение связы-

вания TRF1 на единицу TTAGGG-повторов (Blasco, 2005).

Укорочение теломер с возрастом, являющееся следствием не-

способности отстающей цепи закончить репликацию концов ли-

нейных хромосом — это так называемая проблема концевой недо-

репликации, предсказанная А. М. Оловниковым (1971). На модели

дрожжей было показано, что концевая недорепликация приводит

к потере 4—6 оснований за клеточное деление. В культуре фиб-

робластов человека скорость укорочения составляет 48 ±21 пар

оснований за удвоение клеточной популяции. Исследования in vivo

на лимфоцитах выявили укорочение на 33 пары оснований в год

(Xu, Yang, 2003).

В культуре неопухолевых клеток человека клетки вступают в

репликативное старение (фазу смертности 1, M1), когда по край-

ней мере несколько теломер достигают критического укорочения

(Shay, Wright, 2005). Иногда в таких клетках наблюдается слияние

теломер (Herbig, Sedivy, 2006). Репликативное старение в культуре

может быть преодолено инактивацией белков р53 и ретинобласто-

мы (Rb), что приводит к некоторому увеличению продолжитель-

ности жизни клеток перед достижением фазы кризиса (M2), когда

большинство клеток подвергается апоптозу из-за большого коли-

чества накопленных повреждений ДНК (Chai et al., 2005; Shay,

Wright, 2005). Изредка в клетках на стадии М2 теломераза реакти-

вируется, что приводит к неконтролируемой пролиферации. Та-

кая иммортализация является лимитирующим шагом в канцероге-

незе (Shay, Wright, 2005). Существует и обратная взаимосвязь

между длиной теломер, функциями регуляторов клеточного цикла

и старением — отсутствие членов Rb-семействаp107 и p130 вызы-

вает удлинение теломер (Blasco, 2005). Таким образом, очевидно,

что репликативное старение регулируется длиной теломер. Одна-

ко как это осуществляется? Дисфункция теломер может быть ре-

зультатом изменений, стимулирующих постепенную или быструю

потерю последовательностей теломер, или уже упоминавшихся

изменений в теломера-ассоциированных белках, покрывающих

теломеры (Bailey, Murnane, 2006).

Первая гипотеза возникла на основе наблюдения, согласно ко-

торому G-богатый 3'-выступ теломер разрушается при старении.

Было высказано предположение о том, что потеря этой последова-

тельности является молекулярным сигналом, запускающим старе-

ние. Однако не ясно, является ли потеря выступа первичным собы-

тием, или же это вторичное следствие укорочения теломер, даю-

щее сигнал о повреждении ДНК. Этот сигнал может индуцировать

события процессинга теломерного конца, приводящие к укороче-

нию выступа (Chai et al., 2005).

Согласно второй гипотезе, индукция происходит вследствие

инициированного слишком короткими теломерами нарушения бел-

кового покрова теломерных концов. Действительно, эктопическая

экспрессия доминантно-негативной формы белка TRF2, связы-

вающегося с теломерой, индуцирует быструю потерю 3'-высту-

па, объединение концов хромосом, остановку клеточного роста

даже без потери двухцепочечной теломерной ДНК. Обнаружено,

что исчезновение выступа в клетках с нефункциональным TRF2

является следствием разрезания выступа по D-петле эндонуклеа-

зой ERCC1/XPF, а не разрушения самого одноцепочечного вы-

ступа. Кроме того, нормальные фибробласты человека способны

сохранять одноцепочечные теломерные выступы при старении

(Chai et al., 2005). Следовательно, не потеря одноцепочечного вы-

ступа, а утрата покрывающих белков (например, TRF2) может

вести к клеточному старению. Каким образом это происходит?

Укорочение теломер индуцирует сигнал о двухцепочечном раз-

рыве ДНК, который стимулирует р53-зависимую необратимую за-

держку клеточного цикла или апоптоз (Gire et al., 2004; Franco et

al., 2005).

Наконец, третим возможным механизмом репликативного ста-

рения является потеря с возрастом сайленсинга (подавления ак-

тивности) прителомерных генов. Уже упоминавшийся «позицион-

ный эффект теломер», или теломерный сайленсинг, наиболее дета-

льно изучен у дрожжей. У Saccharomyces cerevisiae белок Rap1p

взаимодействует с теломерными повторами и вместе с белками ре-

парации и рекомбинации yKu70p и yKu80p, связывающимися с

хромосомными концевыми участками, привлекает белковый ком-

плекс сайленсинга (Mason et al., 2004). У дрожжей теломеры слу-

жат хранилищем факторов сайленсинга (Sir2/3/4), которые изме-

няют конформацию хроматина и активность генов, в зависимости

от расстояния данных генов от теломеры и от длины самой теломе-

ры. Кроме того, вероятно, что эти белки способствуют минимиза-

ции возможности рекомбинации между теломерными повторами.

Интересно отметить, что укорочение теломер и старение клеток

дрожжей (в отличие от клеток млекопитающих) увеличивает ре-

пликативную длительность жизни, так как ведет к перераспре-

делению деацетилазы Sir2 (см. разд. 3.3) с теломер в ядрышко,

содержащее 140тандемных копий рибосомальной ДНК на хро-

мосоме XII, что повышает общую стабильность ДНК (Guarente,

Ruvkun, 1998; Bitterman et al., 2003; Pedram et al., 2006).

Изменение транскрипции генов в стареющей клетке млекопи-

тающих также может отчасти быть вызвано перераспределением

факторов подавления экспрессии с укорачивающихся теломер в

другие области (Bitterman et al., 2003). Действительно, позицион-

ный эффект теломер в клетках млекопитающих прямо пропорцио-

нален длине теломер (Baur et al., 2001). Трансгенные копии мар-

керных генов, внедренных в прителомерные области, экспресси-

руются на очень низком уровне по сравнению с такими же генами,

но встроенными в другие участки. Причем спустя некоторое время

происходит полное подавление экспрессии за счет метилирования

ДНК (Pedram et al., 2006). Транскрипция субтеломерных генов мо-

жет регулироваться длиной TTAGGG-последовательности, содер-

жимым и численностью субтеломерных участков, а также благо-

даря наличию специфических последовательностей, необходимых

для локального сайленсинга, или путем предоставления длинных

гомологичных участков, на которых происходит формирование

гетерохроматина (Riethman et al., 2004). Потеря эффекта положе-

ния в результате укорочения теломер представляется одной из ве-

роятных причин постепенного изменения профиля генной эксп-

рессии при увеличении репликативного возраста клетки. Теломер-

ный эффект положения может также играть роль в наследственных

заболеваниях человека в результате перемещения активных генов

к теломерам или к субтеломерным последовательностям при хро-

мосомных перестройках, например у индивидуумов с кольцевыми

хромосомами (Pedram et al., 2006).

Субтеломерные структуры млекопитающих состоят из субте-

ломерных повторов, сегментных дупликаций, сателлитных после-

довательностей и внутренних TTAGGG-подобных последователь-

ностей. Кроме того, для каждой субтеломерной структуры чело-

века описаны транскрипты, в общей сложности их 941, из них

15 % — это возможные псевдогены (нефункционирующие гены).

Субтеломерные гены по нуклеотидной последовательности имеют

сходство с генами тяжелых цепей иммуноглобулинов, обонятель-

ных рецепторов, генов белков типа «цинковых пальцев», F-box-

белков (Riethman et al., 2004). Была проанализирована экспрессия

34 субтеломерных генов в молодых и старых фибробластах чело-

века. Показано, что сама по себе длина теломер не определяет уро-

вень экспрессии таких генов. Однако эпигенетическое изменение

локальной структуры теломерного гетерохроматина может оказы-

вать влияние на экспрессию. Выявлено, что повышенная экспрес-

сия прителомерных генов MGC3101 и CPNE7 запускалась клеточ-

ным старением, тогда как экспрессия GAS11 (гена фактора задерж-

ки роста клетки) и CDK10 (гена киназы, родственной CDC2 и

регулирующей G

/M-фазу клеточного цикла) увеличивается как

в стареющих, так и в покоящихся клетках, т. е. она индуцируется

задержкой клеточного цикла (Ning et al., 2003). В другом экспери-

менте, изменения активности известных субтеломерных генов (ге-

нов обонятельного рецептора, рецептора IL9 и RABL2B) при старе-

нии не отмечалось. Не было выявлено диспропорции между возра-

стзависимой сверхактивацией субтеломерных генов и генов из

других участков хромосом (Zhang H. et al., 2003). Таким образом,

роль потери сайленсинга прителомерными генами при глобальном

изменении паттерна экспрессии в стареющей клетке остается под

вопросом.

Однако есть еще один путь участия процесса укорочения тело-

мер в клеточном старении. Утрата функции теломер является важ-

нейшим механизмом хромосомной нестабильности. Она приводит

к соединению сестринских хроматид и активации цикла фраг-

мент/соединение/мост, приводящего к масштабной амплифика-

ции ДНК или большим концевым делециям. Путем транслокаций

данная нестабильность мигрирует с одной хромосомы на другую

(Bailey, Murnane, 2006). Помимо репликативного старения это мо-

жет благоприятствовать опухолевому перерождению клетки.

Оксидативный стресс также может индуцировать или уско-

рять репликативное старение (так называемое стресс-индуцируе-

мое преждевременное старение) по механизму образования одно-

цепочечных разрывов в теломерной ДНК (Kurz, 2004).

Следует иметь в виду, что за остановку репликации ответст-

венны не одна-две короткие теломеры, а целый набор из несколь-

ких таких теломер (около 10 % общего их количества) (Zou et al.,

2004). Наиболее короткие теломеры обнаруживаются при старе-

нии в местах скопления белков-маркеров двухцепочечных разры-

вов — γ-H2AX/53BP1 (Chai et al., 2005), что позволяет видеть ста-

реющие клетки под микроскопом.

Индивидуальная длина теломер различных хромосом в одной

и той же клетке очень гетерогенна (Zou et al., 2004). Как и предпо-

лагал А. М. Оловников (1971), после репликации родительская и

дочерняя цепи ДНК имеют разную длину. Причины этого явле-

ния — не только недорепликация конца отстающей цепи ДНК, но

и пострепликативный процессинг теломеры. В зависимости от

того, какая цепь используется в качестве матрицы, дочерние клет-

ки наследуют теломеры разной длины, что приводит к варьирова-

нию размеров в пределах нескольких килобаз после 50 удвоений

популяции клеток в культуре, причем даже для потомков одной те-

ломеры определенной длины. Дополнительный фактор, вносящий

вклад в вариабельность размеров, — оксидативное повреждение,

стохастически действующее на теломеры и ускоряющее их укоро-

чение (Zou et al., 2004).

Таким образом, средняя длина теломер варьирует между клет-

ками одной и той же ткани, отражая различия в репликативной ис-

тории (степень клональной экспансии). В большей мере это каса-

ется разных индивидуумов одного возраста. В то же время иссле-

дования лейкоцитов периферической крови у близнецов выявили,

что на 78 % индивидуальная гетерогенность наследственно детер-

минирована. Мужской пол, курение и высокое кровяное давление

коррелируют с более короткими теломерами наравне с ранним

возникновением инфаркта миокарда, каротидного атеросклероза и

коронарных болезней (Kurz, 2004). Несмотря на то что длина тело-

мер флуктуирует, существует определенная минимальная (крити-

ческая) длина, необходимая для их нормального функционирова-

ния (LeBel, Wellinger, 2005).

Половые и стволовые клетки избегают проблемы критическо-

го укорочения теломер благодаря наличию активного фермента

теломеразы. Этот фермент добавляет TTAGGG-повторы к кон-

цам хромосом. Он состоит из двух компонентов, кодируемых раз-

ными генами — геном обратной транскриптазы (telomerase reverse

transcriptase — Tert) и геном РНК-компонента (telomerase RNA

component — Terc), являющегося матрицей для синтеза новых те-

ломерных повторов (Blasco, 2005). Теломераза использует 3'-ко-

нец G-хвоста (одноцепочечного теломерного выступа) в качестве

праймера для добавления G-повторов в соответствии со своей

РНК-матрицей. С-богатая цепочка теломеры достраивается ре-

пликативным аппаратом клетки по принципу комплементарности.

Синтез теломерных повторов происходит в поздней S-фазе кле-

точного цикла (LeBel, Wellinger, 2005).

В то же время большинство нормальных соматических клеток

человека имеет предельно низкий уровень теломеразной актив-

ности и подвергается изнашиванию теломер с каждым клеточным

делением (Blasco, 2005). После рождения существенная актив-

ность теломеразы отмечается лишь в герминативных клетках, в

некоторых соматических стволовых клетках (таких как гематопоэ-

тический росток и стволовые клетки эпидермиса), в клетках-пред-

шественницах и в пролиферирующих лимфоцитах (Kurz, 2004;

Sharpless, DePinho, 2007). Лимитирующим компонентом теломе-

разной активности является обратная транскриптаза hTERT, тог-

да как hTERC присутствует и в теломераза-негативных клетках.

Дело в том, что транскрипция hTERT в нормальных клетках че-

ловека подавлена репрессором, расположенным на 3-й хромосо-

ме и расщепляющим мРНК hTERT во втором интроне (Szutorisz

et al., 2003). Теломеразная активность в соматических клетках ре-

гулируется несколькими путями: транскрипционной регуляцией

каталитической субъединицы hTERT, посттранскрипционным ее

фосфорилированием протеинкиназой Akt, активным транспортом

hTERT к теломерам и от них (Kurz, 2004).

Как и следовало ожидать, реактивация теломеразы предотвра-

щает критическое укорочение теломер и увеличивает выживае-

мость как клеток в культуре, так и клеток теломераза-дефицитных

мышей in vivo (Bodnar et al., 1998; Vaziri, Benchimol, 1998; Blas-

co, 2005). Сверхактивация каталитической субъединицы челове-

ческой теломеразы (hTERT) может приводить к иммортализации

некоторых типов соматических клеток: фибробластов на стадии

предстарения, пигментированных эпителиальных клеток ретины,

клеток сосудистого эндотелия, мезотелиальных клеток. Однако ее

реактивация не является достаточным фактором для иммортализа-

ции других клеток — фибробластов молочной железы, эпители-

альных клеток человека, миобластов и меланоцитов, кератиноци-

тов, уротелиальных клеток мочевого пузыря, клеток эпителия про-

статы (Rheinwald et al., 2002; Hardy et al., 2005).

Теломераза предотвращает критическое укорочение теломер

более чем в 90 % злокачественных опухолей человека. Некоторые

клеточные линии и опухоли, потерявшие теломеразную актив-

ность, все еще способны поддерживать или удлинять теломеры

благодаря альтернативным механизмам, основанным на рекомби-

нации. Клетки, индуцировавшие альтернативное удлинение тело-

мер (ALT), характеризуются одновременным присутствием ко-

ротких и длинных теломер в одном и том же ядре, а также нали-

чием ALT-ассоциированных PML-телец. Каков механизм ALT?

По крайней мере у дрожжей ALT опосредовано гомологичной ре-

парацией и репарацией ошибочно спаренных оснований. У млеко-

питающих ключевую роль в ALT играет фермент гомологичной

репарации Rad54. Делеция его гена приводит к существенной по-

тере теломерной последовательности и высокой частоте соедине-

ния концов хромосом. Фактор генетической рекомбинации Rad51D

также необходим для поддержания длины теломер и их покрова.

Наконец, активность уже известных нам (см. выше) факторов гете-

рохроматинизации играет важную роль в механизме ALT (Kurz,

2004; Blasco, 2005).

Насколько консервативно функционирование теломер у эука-

риотов? Дрожжевые клетки дикого типа постоянно экспрессируют

теломеразу, и их теломеры не укорачиваются при репликации.

Тем не менее делеция генов теломеразы дрожжей (est2 или tlc1,

кодирующих каталитическую субъединицу и РНК-матрицу соот-

ветственно) приводит к укорочению теломер и репликативному

старению: популяция клеток перестает делиться, когда теломеры

достигают критической величины, что распознается клеткой как

двухцепочечный разрыв ДНК (Bitterman et al., 2003). Наступает

перманентная G

/M-задержка клеточного цикла. Изредка такие

мутантные клетки избегают старения, используя RAD52-зависи-

мый рекомбинационный механизм поддержания теломер (Azam

et al., 2006).

В результате налицо гомология ключевых аспектов биохимии

теломер от дрожжей до млекопитающих. Как оказалось, Saccharo-

myces cerevisiae обладают геном супрессора роста Sgs1p, гомоло-

гом гена синдрома преждевременного старения Вернера (WRN).

Мутация Sgs1p в клетках с выключенной теломеразой вызывает

ускоренное старение, напоминающее фенотип клеток синдрома

Вернера. При этом нарушается процесс восстановления теломер-

ной ДНК, основанный на рекомбинации (Bitterman et al., 2003). Ка-

ким образом RecQ 3'-5'-ДНК-геликазы, к которым относятся Sgs1p

дрожжей, а также белки синдромов Вернера (WRN), Блума (BLM)

и Ротмунда—Томсона (RTS) у человека, принимают участие в

биологии теломер? Sgs1p вовлечен в rad52-зависимый рекомбина-

ционный механизм поддержания теломер. Экспрессия Sgs1p за-

медляет старение у мутантов по теломеразе дрожжей tlc1. В дан-

ном эффекте ключевая роль принадлежит доменам Sgs1p, ответст-

венным за гомологическую рекомбинацию (геликазный домен и

участок взаимодействия с топоизомеразой III). Для сравнения хо-

телось бы отметить, что общая геномная нестабильность, вызван-

ная мутациями генов дрожжей mus81, srs2, rrm3, slx1 и top1, не

ускоряет старения мутантов tlc1. Аналогично WRN и BLM мле-

копитающих взаимодействуют с белком теломерного хроматина

TRF2, участвующим в формировании защитных Т-петель. Сверх-

экспрессия гена BLM удлиняет теломеры путем рекомбинации, а

одновременное наличие у мышей мутаций гена теломеразы ( Terc)

и генов Wrn или Blm ускоряет дисфункцию теломер (Azam et al.,

2006). Напротив, выключение только гена Wrn не приводит к

выраженной дисфункции, благодаря тому что у мышей длинные

теломеры и относительно высокая теломеразная активность (Du

et al., 2004). Таким образом, аналогия между репликативным ста-

реним дрожжей и частичной прогерией Вернера у человека может

свидетельствовать об общности механизмов, основанных на гели-

казазависимом поддержании функции теломер или, по крайней

мере, на нестабильности генома в целом.

Скорее исключением, чем правилом являются хромосомные

концы у дрозофил. Они устроены иначе, чем у дрожжей, простей-

ших, нематод и млекопитающих. Для удлинения хромосом дрозо-

фила использует три вида ретротранспозонов (мобильных генети-

ческих элементов) с недлинными концевыми повторами: HeT-A,

TART и TAHRE. Длина и состав массивов из этих ретротранспозо-

нов может значительно варьировать как между разными теломера-

ми, так и между линиями мух. Рядом с набором концевых ретро-

транспозонов на теломерах дрозофил находится несколько килобаз

сложных сателлитов, носящих название «теломера-ассоциирован-

ные последовательности» (TAS), которые структурно подобны ана-

логичным последовательностям других эукариотов. Несмотря на

то что дрозофила не обладает набором простых повторов, связы-

вающих такие белки, как Rap1p, она имеет общие с другими орга-

низмами свойства теломерных последовательностей, в частности

100