Кіріспе
Субтеломерлер - теломерлік шапкалар мен хроматин арасындағы ДНК сегменттері.
Құрылымы
Теломерлер - эукариоттық хромосомалардың шеттерінде орналасқан арнайы белок-ДНК конструкциялары, олар оларды ыдыраудан және хромосомалық бірігудің соңына дейін тоқтатудан қорғайды. Көптеген омыртқалы жануарлардың теломерлік ДНК-сы ұзақтығы өзгермелі, жиі шамамен 3 20 кб болатын ұзын (TTAGGG) n қайталаулардан тұрады. Субтеломерлер - теломерлік шапкалар мен хроматин арасындағы ДНК сегменттері. Омыртқалы жануарларда әр хромосоманың екі субтеломері ұзақ (TTAGGG) n қайталануларына жақын орналасқан. Субтеломерлер хромосомадағы бірегей ДНК-ның ең дистальды (центромерден ең алыс) аймағы болып саналады және олар хромосомалық реттілік блоктарының ерекше динамикалық және өзгермелі мозаикасы болып табылады. Адам, Plasmodium falciparum, Drosophila melanogaster және Saccharomyces cerevisiae сияқты әртүрлі түрлердің субтеломерлері құрылымы жағынан ұқсас, өйткені олар әр түрлі қайталанатын элементтерден тұрады, бірақ субтеломерлердің көлемі мен элементтердің реті организмдер арасында айтарлықтай өзгереді. Проксималды домен өзгермелі хромосомааралық дупликациялардан (<1 30 кб) тұрады; бұл аймақта Pho, Mel және Mal сияқты гендер болуы мүмкін. Дистальды домен жоғары сақталған Y' элементінің 0-4 тандем көшірмесімен құралған; Y' элементтерінің саны мен хромосомалық үлестірілуі ашытқы тұқымдарының арасында әр түрлі болады. X және Y' элементтері немесе X және TTAGGG тізбектері арасында көбінесе 4 субтеломерлік қайталану элементтерінің (STR) жиынтығы болады: STR A, STR B, STR C және STR D, бұл омыртқалылардың теломерлік мотиві TTAGGG-нің бірнеше көшірмесін құрайды. Бұл екі домендік құрылым адам хромосомаларындағы 20p, 4q және 18p субтеломерлік құрылымына өте ұқсас, онда проксималды және дисталды субтеломерлік домендер дегенерацияланған TTAGGG қайталануларының қашықтығымен бөлінеді, бірақ басқа адам хромосомаларының субтеломерлерін зерттеуден шыққан сурет екі домендік модельдің жалпыға бірдей қолданылмайтынын көрсетеді.
Вариациялар
Субтеломерлік аймақтардың өзгеруі көбінесе рекомбинация мен транскрипцияда маңызды рөл атқаратын (TTAGGG) n сияқты қайталанатын тізбектермен шектелген үлкен масштабтағы созылулардың рекомбинациясына байланысты STR- ларда өзгеріске ұшырайды. Сондықтан, адамдар арасында гаплотип (ДНҚ реттілік варианттары) және ұзындығы бойынша айырмашылықтар байқалады.
Субтеломерлік транскрипттер
Субтеломерлік транскрипттер негізінен псевдогендерден (протеинге аударылмаған РНК тізбектерін шығаратын транскрипцияланған гендер) немесе ген отбасыларынан тұрады. Адамда олар иіс рецепторлары, иммуноглобулиннің ауыр тізбектері мен мырыш саусағы ақуыздарына код береді. Басқа түрлерде, Плазмодий және Трипаносома брусей сияқты бірнеше паразиттер иесі келтірген жаушы ортаға бейімделу үшін күрделі құтылу механизмдерін жасады, мысалы иммундық жүйеден қашу үшін өзгермелі беткі антигендерді ашу. Бұл организмдердегі беткі антигендерді кодтайтын гендер субтеломерлік аймақтарда орналасқан және бұл қолайлы орын гендерді ауыстыруды және экспрессияны жеңілдетеді және жаңа нұсқаларды тудырады деп болжанады. Мысалы, Plasmodium falciparum (малярияның агенті) var туысына жататын гендер көбінесе субтеломерлік аймақтарда орналасады. Антигендік өзгеріске эпигенетикалық факторлар әсер етеді, соның ішінде ядролық перифериядағы (ядролық порлар) бөлек кеңістіктік домендерде моноаллельді вар транскрипциясы, теген жағдайда бірдей вар гендеріндегі дифференциалдық гистон белгілері және теломерлік гетерохроматин араласқан варды үндету. Антигендік өзгеріске жақын немесе var гендеріндегі субтеломерлік аймақтарда өндірілетін кодтамайтын РНК сияқты басқа факторлар да ықпал етуі мүмкін. Trypanosoma brucei (ұйқы ауруының агенті) -де беткі гликопротеиннің (VSG) антигендік өзгеруі паразиттің иесі иммундық жүйеден қашу үшін қолданатын маңызды механизмі болып табылады. VSG экспрессиясы тек қана субтеломерлік және ол VSG генінің үнсіз белсенділігі арқылы немесе VSG генінің ішкі үнсіз көшірмесін белсенді теломерлік экспрессиялық сайтқа енгізетін ДНК қайта реттеу арқылы жүзеге асады. Plasmodium falciparum-мен салыстырғанда, Trypanosoma brucei-де антигендік өзгеру эпигенетикалық және генетикалық факторлармен ұйымдастырылады. Pneumocystis jirovecii- де негізгі беткі гликопротеин (MSG) гендер тобы антигендік ауытқушылықты тудырады. MSG гендері хромосомалардың шетіндегі қорапшалар сияқты, тек UCS (ағылшынша upstream conserved sequence) локусындағы MSG генінің көшірмесі жасалады. Рекombinция үнсіз донорлар тобынан генді алып, оны экспрессиялық сайтқа, мүмкін кроссовер арқылы, жаңа MSG генінің транскрипциясын белсендіре отырып, Pneumocystis jirovecii беткі антигенін өзгертіп, орната алады. Экспрессиялық жердегі ауысуды экспрессияланған және үнсіз MSG гендерінің субтеломерлік орналасуы жеңілдетеді. Екінші субтеломерлік гендер отбасы, MSR, транскрипциялық деңгейде қатаң реттелмейді, бірақ фенотиптік әртүрлілікке ықпал етуі мүмкін. P. jirovecii-дегі антигендік өзгеріске генетикалық реттеу әсер етеді.
Патологиялық әсері
Ұяшық бөлінуінің қайталанатын циклдері арқылы теломерлік ДНҚ жоғалуы қартаю немесе соматикалық жасушалардың қартаюымен байланысты. Керісінше, түйіршік және қатерлі ісік жасушаларында теломераза ферменті бар, ол теломерлердің ыдырауына жол бермейді және теломерлердің бүтіндігін сақтайды, сондықтан бұл жасушалар өте ұзақ өмір сүреді. Адамда субтеломерлік бұзылулардың рөлі фациоскапуло- гумеральды бұлшықет дистрофиясында (ФСГД), Альцгеймер ауруында, эпилепсияда және ерекше синдромдық ауруларда (мальформация мен ақыл- есін кеміту) байқалады. Мысалы, FSHD 4q хромосомасының субтеломерлік аймағындағы deletion-пен байланысты. 10 - дан 100 kb- ға дейінгі қайталанулар сериясы қалыпты 4q субтеломерінде орналасқан, бірақ FSHD пациенттерінде тек 110 қайталану бірлігі бар. Бұл өшірудің ауруды қайталау массивінің жоғалуы арқылы емес, жақын маңдағы гендердің транскрипциясына әсер ететін позициялық әсердің әсерінен туғызады деп есептеледі. Субтеломерлердің артықшылықтары Plasmodium falciparum сияқты әртүрлі түрлерде зерттелді. Субтеломерлердің әртүрлі түрлері мейотикалық және митотикалық рекомбинация кезінде жиі қайта ұйымдастырылады, бұл субтеломерлердің жиі араласып отыратынын көрсетеді, бұл хромосомаларда жаңа және жылдам генетикалық өзгерістерге әкеледі. Шизосахаромиц пен пен клеткаларындағы субтеломерлердің нокауты митоз мен мейоздың пайда болуына кедергі келтірмейді, бұл субтеломерлердің клетканың бөлінуіне қажет еместігін көрсетеді. Митоз мен мейоз процесінде олар қажет емес, субтеломерлер жасушалық ДНҚ рекомбинациясын пайдаланады. Schizosaccharomyces pombe клеткаларындағы субтеломерлердің нокаутқа ұшырауы гидроксисуреяның, камптотециннің, ультрафиолет сәулеленуінің және тиабендазолдың жоғары дозаларымен емделген кезде бірнеше стресс- реакцияларды реттеуге әсер етпейді. Теломеразаның жоғалуынан кейін Schizosaccharomyces pombe клеткаларында субтеломерлердің нокауты клетканың тіршілік етуіне әсер етпейді, бұл субтеломерлердің клетканың тіршілік етуіне қажетті емес екендігін көрсетеді. немесе ХААТИ хромосомалық тұрақтандыруды сақтау үшін. Алайда, хромосомааралық циркуляциялауды қолдану хромосомалық тұрақсыздықты тудырады, өйткені бір хромосомада екі центромер пайда болады, бұл митоз кезінде хромосомалық сынуға әкеледі. Осыған жауап ретінде хромосома екі центромердің пайда болуына кедергі келтіретін центромердің белсенділігін жоя алады, бірақ бұл центромерлерде гетерохроматиннің пайда болуына себеп болады. Гетерохроматин, егер ол болмауы тиіс жерге түсіп кетсе, зиянды болуы мүмкін. Субтеломерлер гетерохроматиннің еухроматин аймағына кіруін болдырмау үшін жауапты. Субтеломерлер гетерохроматиннің субтеломерлердің шеттеріне таралуы арқылы гетерохроматиннің инвазия әсерін азайта алады. Субтеломерлер болмаса, гетерохроматин субтеломерлердің айналасына таралып, маңызды гендерге тым жақын орналасады. Осы қашықтықта гетерохроматин жақын маңдағы гендерді өшіре алады, нәтижесінде осмостық стресске сезімталдық жоғары болады. Sgo2 - мейоз және митоз түрінде бөлінеді, ал Sgo2 - M фазасындағы центромерлердегі хромосомалардың бөлінуіне жауапты. Сырлы ашытқыда Sgo2 тек центромерлерде ғана емес, сонымен қатар субтеломерлерде де орналасады. Sgo2 интерфаза кезінде субтеломерлермен өзара әрекеттеседі; G2 фазасының ортасында және жоғары конденсацияланған хроматин денесі болып табылатын "бұрақты" қалыптастыруда маңызды рөл атқарады. Sgo2 субтеломерлерде қалады, олардың жасушаларында теломерлік ДНК жоқ. Sgo2 субтеломерлік гендердің экспрессиясын басып тастайды, бұл H3K9me3 Swi6 медиацияланған гетерохроматинен басқа жолмен өтеді. Sgo2 субтеломерлердің репликация уақытын басу әсеріне ие, ол репликация факторы Sld3 репликацияның басында басу арқылы. Осылайша, Sgo2 ген экспрессиясы мен репликациясын реттейді, бұл субтеломерлік ген экспрессиясы мен репликация уақытын дұрыс қамтамасыз етеді.
Different varieties of subtelomeres are frequently rearranging during meiotic and mitotic recombination, indicating that subtelomeres are frequently shuffling, which causes new and rapid genetic changes in chromosomes. The knockout of subtelomeres in fission yeast, Schizosaccharomyces pombe, cells does not impede mitosis and meiosis from occurring, indicating that subtelomeres are not necessary for cell division. They are not needed for the procession of mitosis and meiosis yet, subtelomeres take advantage of cellular DNA recombination. The knockout of subtelomeres in Schizosaccharomyces pombe cells does not affect the regulation of multiple stress responses, when treated with high doses of hydroxyurea, camptothecin, ultraviolet radiation, and thiabendazole. Knockout of subtelomeres in Schizosaccharomyces pombe cells after the loss of telomerase does not affect cell survival, indicating that subtelomeres are not necessary for cell survival. or HAATI to maintain chromosomal stabilization. However, the use of inter chromosomal circularization engenders chromosome instability by creating two centromeres in a single chromosome, causing chromosomal breakage during mitosis. In response to this, the chromosome could induce centromere inactivation to impede the formation of two centromeres, but this would induce heterochromatin formation in centromeres. Heterochromatin can be deleterious if it gets into a location that it is not supposed to be in. Subtelomeres are responsible to block heterochromatin from getting into the euchromatin region. Subtelomeres can mitigate the effects of heterochromatin invasion, by distributing heterochromatin around the ends of the subtelomeres. Without subtelomeres, heterochromatin would spread around the region of subtelomeres, getting too close to important genes. At this distance, heterochromatin can silence genes that are nearby, resulting in a higher sensitivity to osmotic stress. while Sgo2, expressed in meiosis and mitosis, is responsible for the segregation of chromosomes at centromeres in the M phase. In fission yeast, Sgo2 is localized not only in centromeres, but also in subtelomeres. Sgo2 interacts with subtelomeres during interphase; middle of the G2 phase and plays a major role in forming "knob", which is a highly condensed chromatin body. Sgo2 remains in subtelomeres, whose cells lack telomere DNA. Sgo2 represses the expression of subtelomeric genes that is in a different pass way from the H3K9me3 Swi6 mediated heterochromatin. Sgo2 has also repressive effects for timing of subtelomeres replication by suppressing Sld3, a replication factor, at the start of the replication. Thus, Sgo2 regulate gene expressions and replication to ensure proper subtelomeric gene expression and replication timing.
Талдау
Субтеломерлік талдау, әсіресе пациенттің субтеломерлерін реттілікпен анықтау және профильдеу, қайталанатын реттілік, созылу ұзақтығы және тақырыпқа арналған деректер базасының жоқтығы салдарынан қиын.