Telomerlar va telomeraza

Agar siz xromosomalaringizning oxirgi uchida joylashgan DNKni kattalashtirib qarasangiz, nimani koʻrasiz? Genlarni yoki genlarni tartibga solish bilan bogʻliq DNK ketma-ketligini deyishingiz mumkin. Aslida yuzlab va hatto minglab marta qayta-qayta takrorlangan TTAGGG ketma-ketligi aniqlangan.

Xromosomalarning eng chekka qismidagi takroriy ketma-ketlik telomerlar deb nomlanadi va ular odamlardan tortib bir hujayrali protistlargacha boʻlgan eukariotik turlarning keng doiralarida uchraydi. Telomerlar xromosomalarning ichki qismlarini himoya qiluvchi qalpoq vazifasini bajaradi va DNK replikatsiyasining har bir siklida ular oz miqdordan yoʻqotib boriladi.

Ushbu maqolada biz telomerlar nima uchun kerakligi, ular nega DNK replikatsiyasi vaqtida qisqarishi va telomeraza fermenti ularni kengaytirish uchun qanday ishlatilishini batafsil koʻrib chiqamiz.

Bakterial xromosomalardan farqli oʻlaroq, eukariotlarning xromosomalari chiziqli (novda shaklida) boʻlib, bu ularning uch qismlari (chekka oxirlari) borligini anglatadi. Bu uchlarni replikatsiya qilish muammo tugʻdiradi. Xromosomaning oxiridagi uchlari har bir DNK replikatsiyasi siklida toʻliq koʻchirilmaydi, natijada xromosoma asta-sekin qisqarib boradi.

Buning sababi nimada? DNK nusxasi koʻchirilayotganda replikatsiya vilkasidagi yangi zanjirlardan biri uzluksiz sintezlanadi va u yetakchi zanjir deb yuritiladi. Boshqa zanjir juda koʻplab kichkina Okazaki fragmentlaridan sintezlanadi, har biri oʻz RNK praymerlariga ega boʻlib, bular orqada qoluvchi zanjir deyiladi. (Toʻliqroq maʼlumot olish uchun DNK replikatsiyasi maqolasini koʻrib chiqing.)

Koʻp hollarda Okazaki fragmentlarining praymerlari osonlikcha DNK bilan almashtirilishi va yaxlit zanjir hosil qilishi mumkin. Ammo replikatsiya vilkasi xromosoma oxiriga yetganda (koʻpgina organizmlarda, jumladan, odamlarda) qisqa masofali DNK mavjud boʻlib, Okazaki fragmenti bilan qoplanmagan, aslida bu qismga praymer tushirishning iloji yoʻq, chunki praymer xromosomaning bu qismiga tushmaydi${}^1$‍. Shuningdek, oxirgi Okazaki fragmentining praymerini boshqa praymer singari DNK bilan almashtirish mumkin emas.

Shu kabi muammolar tufayli eukariot xromosoma oxiridagi DNKning bir qismi replikatsiyaning har bir bosqichida nusxasi koʻchirilmay qolib ketadi va zanjirni tark etadi. Hujayra boʻlinishining bir nechta sikllaridan keyin xromosoma qisqaradi, chunki bu jarayon takrorlanib boradi.

Odam hujayralarida oxirgi RNK praymeri orqada qoluvchi zanjirning oxirgi uchidan $70$‍ dan $100$‍ ta nukleotidgacha uzoqda joylashishi mumkin${}^2$‍. Shunday qilib, odamlarda toʻliq yakunlanmagan replikatsiya natijasida hosil boʻlgan zanjirdagi ochiq joylar ancha uzayadi va xromosoma hujayralar boʻlinishining har bir sikli davomida sezilarli darajada qisqaradi.

Xromosoma oxirlari qisqarishi bilan genlar yoʻqolishining oldini olish uchun eukariot xromosomalarning uchlarida DNKning ixtisoslashgan “qalpoqlari” – telomerlar mavjud. Telomerlar organizmlar oʻrtasida farq qiladigan, ammo odamlarda va boshqa sutemizuvchilarda 5ʻ-TTAGGG-3ʻ boʻlgan DNK ketma-ketligining yuzlab yoki minglab takrorlanishidan iborat.

Telomerlar DNKning qayta tiklovchi (reparativ) sistemasidan himoyalanishi kerak, chunki ular xuddi shikastlangan DNK singari bir zanjirli boʻshliqlarga ega. Xromosomaning oxirgi uchidagi orqada qoluvchi zanjiri toʻliq boʻlmagan va oxiriga yetmagan replikatsiya tufayli kelib chiqadi. Xromosoma yetakchi zanjiri oxiridagi boʻshliqlar DNK boʻlagini kesib oluvchi fermentlar faoliyati natijasida yuzaga keladi${}^1$‍.

Ayrim organizmlarda (odamlarda ham) bir zanjirli boʻshliqlar yaqin atrofdagi ikki zanjirli komplementar DNK ketma-ketligiga bogʻlanadi, telomer oxirlarida himoya halqasi hosil boʻladi${}^3$‍. Telomer uchlari bilan bogʻlangan oqsillar ularni himoya qilishga va DNKni tuzatish yoʻllarini qoʻzgʻatishning oldini olishga yordam beradi.

Telomerni tashkil etadigan takrorlar koʻp boʻlinish sikllari davomida asta-sekin yoʻq qilinadi va bu genlarni oʻz ichiga olgan ichki xromosoma qismlarini himoya qiladi (hech boʻlmaganda birmuncha vaqt). Telomerning qisqarishi hujayralarning qarishi bilan bogʻliq va telomerning progressiv (uzluksiz) yoʻqolib borishi nima uchun hujayralar faqat maʼlum davr mobaynida maʼlum bir songacha koʻpaya olishini tushuntirishi mumkin${}^4$‍.

Ayrim hujayralar telomeraza, yaʼni xromosomalarning telomer oxirlarini kengaytiradigan ferment faolligi orqali telomerlarning qisqarishini qaytarishga qodir. Telomeraza RNKga bogʻliq DNK polimerazasi hisoblanadi, yaʼni RNK andoza yordamida DNKni sintez qilishi mumkin boʻlgan ferment maʼnosini anglatadi.

Telomeraza qanday ishlaydi? Ferment telomer takrorni toʻldiruvchi ketma-ketlikni oʻz ichiga olgan maxsus RNK molekulasiga bogʻlanadi. U andoza sifatida ushbu komplimentar RNKdan foydalanib DNKning boʻshliq mavjud boʻlgan zanjirini kengaytiradi (nukleotidlarni qoʻshadi). Boʻshliq yetarlicha toʻldirilganda, DNK normal replikatsiya apparati (yaʼni, RNK praymeri va DNK polimerazadan foydalangan holda) ikki zanjirli DNKni hosil qilishga mos keladigan zanjirni sintez qilishi mumkin.

Praymer xromosoma oxirida joylashtirilishi va DNK bilan almashtirilishi mumkin emas, shuning uchun xromosoma oxiridagi boʻshliq doim mavjud boʻladi. Biroq telomerning umumiy uzunligi oshib boradi.

Telomeraza odatda aksariyat somatik (tana) hujayralarda faol emas, ammo u jinsiy (spermatozoid va tuxum hujayra hosil qiluvchi) hujayralar va ayrim oʻzak hujayralarda faol boʻladi. Bular juda koʻp boʻlinishlardan oʻtishi kerak boʻlgan hujayralardir. Jinsiy hujayralar esa telomer “soat” bilan yangi organizmni vujudga keltiradi${}^5$‍.

Shunisi qiziqki, aksariyat saraton hujayralarida telomerlar qisqa boʻladi, telomeraza aktivligi esa juda yuqori. Agar davo sifatida telomeraza ingibitorlari qoʻllansa, bu ularning qoʻshimcha boʻlinib koʻpayishiga (shu tufayli oʻsmaning oʻsishiga) toʻsqinlik qiladi.