III. Теломер-связывающие белки

Белки, специфически связывающиеся с теломерной последо ва тель-

ностью и взаимодействующие с этими белками факторы, образуют

динамичную рибонуклеопротеидную структуру. Эта структура функ-

цио нирует как защитная, участвует в регуляции длины теломер, а

также отвечает за молчание генов на теломерных и прителомерных

участках. Кроме того, структуры теломер служат мишенями для инги-

биторов, которые препятствуют связыванию теломеразы с теломерой

[151, 152].

Теломерная ДНК дрожжей состоит из двуцепочечного участка

длиной 250–350 п.о. с последовательностью C 1–3 A/TG 1–3 и короткого

одноцепочечного выступающего конца с последовательностью

TG 1–3. Теломерные повторы дрожжей ((TG) 0–6 TGGGTGTG(G)) n

[30]) гетерогенны в отличие от гомогенных повторов теломер

млекопитающих (TTAGGG) n [153]).

В дрожжах двухцепочечный участок теломер непосредственно

связывает белок Rap1p [154], а одноцепочечный – Cdc13p [155].

Rap1p взаимодействует с комплексом Sir-белков (silent information

regulators), которые ответственны за формирование гетерохроматина

в субтеломерной области. Белок Rap1p также взаимодействует с

тело мерными белками Rif1p и Rif2p. Эти белки ассоциированы с

тело мерой на протяжении всего клеточного цикла и являются нега-

тив ными регуляторами теломеразы [156].

С одноцепочечным 3'-выступающим концом взаимодействует бе-

лок Cdc13p. Белок __________Cdc13p – регулятор доступа теломеразы к теломере.

Известно, что он может взаимодействовать с двумя различными бел-

ковыми комплексами, противоположным образом влияющие на спо-

собность теломеразы удлинять теломеры. Выше уже было сказано,

что Cdc13p необходим для посадки теломеразы на теломеру. Эта его

функция реализуется посредством взаимодействия с компонентом

Теломераза: компоненты и функции, регуляторы фермента 185

теломеразы Est1p [61]. С другой стороны, Cdc13p взаимодействует

с белковым комплексом Stn1p–Ten1p, который подавляет удлинение

теломер теломеразой. Обнаружено сходство структур Rpa2p и Stn1p,

а также сходство биохимических характеристик всего комплекса

Cdc13p–Stn1р–Ten1p c комплексом белков RPA (Rpa1p–Rpa2p–Rpa3p,

соответственно) [157]. Установлено, что гетеротример Cdc13p–

Stn1p–Ten1p взаимодействует с комплексом ДНК-полимеразы-α,

необ хо димой для синтеза комплементарной С-цепи в теломерной

ДНК [158].

Гетеродимер Ku-белков связывается на границе одноцепочечного

и двухцепочечного участков теломер. В поддержании длины теломер

Ku-белки участвуют различными способами. Они защищают конец

теломеры. За счет взаимодействия с Ku-белками TLC1 РНК холофер-

мент теломеразы (Est2p и TLC1 РНК) оказывается связанным с тело-

ме рами в G1 фазе клеточного цикла [159].

У млекопитающих теломерная ДНК более плотно упакована в

нуклеосомы, чем у других эукариот; некоторые из нуклеосом несут на

себе маркеры гетерохроматина [160]. С двухцепочечной теломерной

ДНК взаимодействуют белки TRF1 и TRF2, с одноцепочечным

участ ком – белок POT1 и его партнер TPP1. Белок TRF2 связывает

RAP1. Белки, связывающие одноцепоченую и двухцепочечную ДНК,

взаимодействуют друг с другом через белок TIN2, который взаимо-

действует с TRF1 и TRF2, а также с белком TPP1. Вся эта струк тура

на теломерах млекопитающих была названа «шелтерином» (от англ. shelter

– убежище), так как она выполняет защитные функции [161].

Теломеры делящихся дрожжей S. pombe по своему устройству

ближе к теломерам высших эукариот, чем теломеры S. cerevisiae [162].

Rap1p дрожжей S. pombe не связывает двухцепочечную теломерную

ДНК напрямую, а взаимодействует с теломер-связывающим белком

Taz1p, тогда как с одноцепочечным участком связан белок Pot1p.

3'-выс тупающий конец на теломерах ресничных простейших связы-

вают белки TEBPα и TEBPβ. Эти белки являются ортологами белков

POT1 и TPP1, соответственно [162].

3'-выступающая __________G-богатая цепь на теломерах может образовывать

сложные структуры – G-квадруплексы [163, 164]. Это находящиеся в

стекинг-конформации (уложенные параллельно) G-квартеты, то есть

плоские структуры из четырех гуанинов, образующие хугстиновские

пары и находящиеся в одной цепи ДНК. Образование таких структур

на теломерах может представлять проблему для репликации ДНК

и удлинения теломер теломеразой. Теломерная ДНК позвоночных

может образовывать, помимо G-квадруплексов, сложную структуру

186 М. Э. Зверева и соавт.

в виде петли. Т-петля образуется, когда 3'-одноцепочечный конец

внед ряется в двухцепочечную область, где вытесненная вторая цепь

обра зует внутреннюю D-петлю [165, 166].

В отличие от дрожжевого белка Cdc13p, белок POT1 млекопитаю-

щих в зависимости от его положения относительно 3'-конца при свя-

зывании с ДНК может не только препятствовать, но и способствовать

удлинению теломер теломеразой. Если POT1 не находится на самом

конце ДНК, то он разрушает G-квадруплексы, и таким образом дает

теломеразе возможность удлинять теломеры. [167].

Несмотря на различия в характерах белковых комплексов, свя-

зы вающих теломерные концы, между теломерными комплексами

различных организмов обнаружено также интересное сходство. TPP1

мле копитающих содержит OB-fold домен, похожий на домен белка

простейших TEBPβ, а POT1 содержит другой OB-fold домен, похожий

на домен белка простейших TEBPα, который работает в паре с TEBPβ.

Так что можно говорить о сходстве комплексов TEBPα–TEBPβ прос-

тей ших и POT1–TPP1 млекопитающих. Еще более интересным

представ ляется недавно обнаруженное сходство OB-fold домена белка

Est3p дрожжей S. cerevisiae и аналогичного домена у белка TPP1

[168]. На роль POT1, продолжая аналогию, можно предложить Est1p.

Других аналогий в процессе привлечения теломеразы на теломеру

между Est3p и TPP1 пока не обнаружено, но, несомненно, этот факт

требует внимания и дает повод для дальнейшего поиска подобных

аналогий.

Недавно был обнаружен интересный факт. Оказывается, в клетках

дрожжей S. cerevisiae [169], человека [170] и мыши [171] полимераза

II транскрибирует теломерные повторы и образуются РНК-продукты,

названные TERRA ( T elomere R epeat- C ontaining R NA или теломерная

РНК). TERRA транскрибируется с С-богатой цепи и ассоциирована с

теломерным хроматином. Повышенное количество TERRA в клетках

человека коррелирует с потерей теломер, в то время как в дрожжах это

вызывает ингибирование теломеразы. Механизм функционирования

TERRA, его ассоциации с теломерами и роль в онкогенезе пока не

ясны (более подробно о TERRA см. в [172]).

В дрожжах теломеры собраны в кластеры и ассоциированы с ядер-

ной оболочкой. Значение такой локализации до конца не выяснено,

возможно, оно связано с репликацией теломер и существенно для

правильной сборки этого сложного ДНК-белкового комплекса после

репликации [172].

Теломераза: компоненты и функции, регуляторы фермента 187