Aliens

Telomerāzes

Fermenti, kas nodrošina hromosomu aizsardzību pret saīsināšanos.

Par tā atklāšanu 3 amerikāņu zinātnieki - Elizabete Blekbērna, Kerola Greidera un Džeks Šostaks 2009.gadā saņēma Nobeļa prēmiju fizioloģijā un medicīnā.

Atklāšana. Sākotnēji nebija zināmas telomēru funkcijas, kā arī nebija zināma arī tos veidojošo nukleotīdu secība. XX gs. 50.gadu beigās tika atklāts DNS-polimerāzes ferments, kas nodrošina DNS molekulas replikāciju. Izrādījās, ka DNS-polimerāze nevar nokopēt pilnīgi visu DNS molekulu - jo vienā no galiem, pie kura tā pievienojusies, jāpaliek nenokopētam fragmentam. Tam pirmoreiz, neatkarīgi viens no otra, uzmanību pievērsa divi cilvēki - Aleksejs Olovņikovs un Džeims Votsons. Izrādījās, ka hromosomām nenokopējamo beigu posmu dēļ katrā šūnas dalīšanās reizē būtu jāsaīsinās. Olovņikovs aprakstīja, kā to varētu risināt eikarioti, un izvirzīja hipotēzi par tāda fermenta eksistenci, kas hromosomu galiem pievieno atkārtotās secības. Viņš arī pieņēma, ka šī fermenta darbības regulācijai jābūt ļoti nozīmīgai organisma novecošanas procesā (jo hromosomu beigu posmi šūnai daloties pakāpeniski saīsinās un tieši tāpēc, kā uzskata Olovņikovs, normālas somatiskās šūnas var dalīties tikai galīgu skaitu reižu) un ka šī regulācijas procesa kļūmes var būt par iemeslu nekontrolētam ļaundabīgo audzēju šūnu dalīšanās procesam.
Drīzumā vairāku organismu telomēros tiešām atklāja atkārtotas secības. Eksperimenti, kas tika veikti Džeka Šostaka laboratorijā Hārvardas medicīnas skolā, parādīja, ka sveši DNS fragmenti, kas ievietoti rauga šūnās, ir spējīgi replicēties, taču, atšķirībā no paša rauga DNS, šūnās, kas dalās, pastāv neilgi. Elizabete Blekbērna, kas bija aspirante Kembridžā, apguva tolaik izstrādātās DNS sekvencēšanas (DNS secības nolasīšanas) metodes un vēlāk Jēlā noskaidroja, kāda tieši secība atkārtojas hromosomu galos infuzorijai Tetrahymena thermophila (tā bija CCCCAA). Satikušies konferencē 1980.gadā, Šostaks un Blekbērna iecerēja kopīgu eksperimentu, kura rezultāti norādīja uz to, ka tieši telomēri aizsargā attiecīgās rauga hromosomas no degradācijas daudzkārtējas šūnu dalīšanās rezultātā. Pētnieki pievienoja fragmentus ar atkārtotu nukleotīdu secību, kas bija atklāti infuzorijām, nelieliem svešas DNS fragmentiem un ievietoja iegūtās molekulas rauga šūnās. Šīs molekulas rauga šūnās veiksmīgi replicējās kopā ar paša rauga hromosomām, turklāt to beigu posmos gala rezultātā parādījās atkārtotā nukleotīdu secība, kas raksturīga paša rauga telomēriem. Šo rezultātu publikācija žurnālā Cell bija pirmais darbs, kas eksperimentāli parādīja telomēru aizsargfunkciju.

Telomerāzes fermenta darbības shēma. Ferments pagarina hromosomu beigu posmus, pievienojot tiem vienādas nukleotīdu secības. Šo procesu veido divas stadijas, kas nomaina vienu otru: (a) elongāciju jeb pagarināšanos un (b) translokāciju jeb pārvietošanu. Elongācijas laikā DNS beigu posms ir saistīts ar RNS matricu (RNA template), kas ietilpst fermenta sastāvā, un tiek pagarināts, jo tam pievieno nukleotīdus, kas ir komplementāri ar brīvo matricas posmu. Translokācijas laikā DNS molekula pārvietojas par nedaudziem nukleotīdiem, atkal atbrīvojot RNS matricas posmu, un cikls atkārtojas. Tādā veidā tiek pagarināta tikai viena DNS ķēdīte, taču cits fermentu komplekss, kuru veido galvenokārt DNS-polimerāze, pagarina lielāko daļu no otrās ķēdītes. Kā viena ķēdīte paliek tikai neliela 'aste' pašās beigās. Ja nebūtu telomerāzes, tādas 'astes' samazinātu garumu dubultās ķēdītes veidotajai DNS katrā tās dalīšanās reizē, un jebkura hromosoma, daloties šūnām, paliktu īsāka. Zīmējums no vietnes barleyworld.org

Tālākā izpēte. Šostaks un Blekbērns, sekojot Olovņikovam, pieņēma, ka telomēru pieaudzēšanu nodrošina kāds konkrēts ferments. Tika uzsākti šī fermenta meklējumi. 1984.gadā to pirmoreiz spēja izdalīt Kerola Greidera, kas toreiz vēl bija studente un strādāja Elizabetes Blekbērnas vadībā. Rakstā, kas arī publicēts žurnālā Cell, Greidera un Blekbērna pirmoreiz aprakstīja viņu atklātā fermenta īpašības un nosauca to par telomerāzi. Pētot šo fermentu, viņi atklāja tā sastāvā esošo RNS fragmentu, uz kura matricas tad arī tiek sintezētas atkārtotās nukleotīdu secības, ko telomerāze pievieno hromosomu beigu posmiem. Šis atklājums tika aprakstīts rakstā, kas tika publicēts žurnālā Nature.
Vera Gorbunova, kopā ar citu Ročesteras universitātes bioloģijas profesoru Andreju Seļvanovu trīs gadu garumā veica dažādus pētījumus, lai palūkotos uz vēzi no jauniem skatu punktiem. Viņi pievērsa uzmanību dažādās pasaules daļās dzīvojošu grauzēju izpētei, lai noskaidrotu, kādas kopīgas un kādas atšķirīgas iezīmes cīņā pret vēzi var būt tuvi radniecīgu sugu vidū. 2006.gadā Gorbunova atkāja, ka telomerāzes ferments, kas gan paildzina šūnu mūžu, gan var darboties kā vēža attīstību veicinošs faktors ir īpaši aktīvs mazo grauzēju organismos, kamēr lielo vidū tā darbība ir mazāk izteikta. 

Raksti.
Nobela prēmija fizioloģijā un medicīnā - 2009.

Saites.
Hromosomas.
Telomēri.
Fermenti.