Формированию теломер в местах разрывов ДНК препятствует киназа ATR

На концах хромосом эукариотических клеток расположены теломеры — области тандемных повторов TTAGGG общей длиной в тысячи оснований, связанные с белковым комплексом шелтерином. Естественные концы линейных хромосом, защищенные теломерами, не распознаются системой репарации двухцепочечных разрывов (ДЦР) и не вызывают остановки клеточного цикла. Вместе с тем концы хромосом без теломер практически ничем не отличаются от концов нуклеотидных последовательностей, которые образовались в результате ДЦР. Если теломераза, фермент, который поддерживает длину теломер, примет места разрыва за естественные концы хромосом и ошибочно образует в них новые теломеры, процесс восстановления ДЦР будет остановлен, а функциональные гены в местах разрыва — заблокированы или вовсе удалены. Поэтому должен существовать механизм, с помощью которого клетка может безошибочно отличать случаи повреждения ДНК от естественных концов линейных хромосом. До недавнего времени механизм такого распознавания не был известен.

Решением этого вопроса занялась команда исследователей из США, опубликовавшая статью в Science. Ученые использовали культуру клеток HeLa superT, в которых высокая экспрессия генов hTR и hTERT, кодирующих субъединицы теломеразы, приводит к повышенной в 20 раз активности самой теломеразы. В генетический материал таких клеток ученые вносили ДЦР с помощью систем CRISPR-Cas9 и I-SceI, а затем регистрировали образование «новых» теломер (неотеломер) в местах двухцепочечных разрывов с использованием количественной ПЦР. В таком эксперименте исследователи показали, что решающую роль в образовании функциональных неотеломер действительно играет повышенная активность теломеразы.

Авторы задались вопросом, каким образом эта активность может быть снижена. С помощью нокаута или нокдауна они проанализировали роль различных белков, ингибирующих работу теломеразы, таких как BIBR1532, хеликаза Pif1, MLH1 и PINX1. Выяснилось, что нокдаун с помощью малых интерферирующих РНК репликативного белка А (RPA), который отвечает за активацию ATR-киназы, увеличил образование неотеломер в местах ДЦР в 2,5 раза. Ингибирование самой киназы ATR привело к похожим результатам.

Известно, что киназа ATR — один из факторов, сигнализирующих клетке о повреждениях ДНК (ДЦР или одноцепочечной ДНК), остановке репликативной вилки, а также появлении неспаренных участков ДНК. Ученые выяснили, что ее действие может в значительной степени снижать активность теломеразы, препятствуя образованию неотеломер. Таким образом, возможно именно с помощью теломеразной активности клетке удается отличать случаи повреждения генетического материала от естественных концов линейных хромосом.

По мнению ученых, результаты их работы уже сейчас могут найти свое практическое применение для исследователей, занимающихся геномным редактированием с помощью CRISPR-Cas или I-SceI систем, которые могут столкнуться с проблемой неотеломер. Кроме того, повышенная теломеразная активность характерна для большинства раковых клеток, и в более отдаленной перспективе ученые также планируют использовать полученные результаты для исследований канцерогенеза.



Альтернативный путь удлинения теломер в раковой клетке связан с «залипанием» белков на ДНК