2) альфа-сателлитных последовательностей
3) повторяющейся последовательности -TTAGGG- (+)
4) GC-богатых последовательностей
Теломера на молекулярном уровне представлена многочисленными тандемными повторами последовательности 5′-TTAGGG-3′, расположенными на концах линейных хромосом. Комплементарная цепь содержит повторы CCCTAA. Теломерная ДНК формирует двуцепочечный участок и короткий одноцепочечный 3′-выступ, богатый гуанином; этот участок участвует в образовании защитной структуры и связывании белкового комплекса шелтерина.
Теломеры не кодируют структурные белки и не относятся к альфа-сателлитной ДНК, характерной прежде всего для центромер. Их основная функция — защита концов хромосом от ошибочного распознавания как двунитевых разрывов ДНК, слияния хромосом и деградации. При каждом цикле репликации теломеры укорачиваются из-за проблемы репликации концевых участков линейной ДНК; в клетках зародышевого ряда, некоторых стволовых клетках и большинстве опухолевых клеток длина теломер поддерживается ферментом теломеразой.
Гуанин-богатый состав является свойством теломерной последовательности, но не самостоятельным критерием её определения: GC-богатые участки встречаются в различных регионах генома. Диагностически значимое укорочение теломер может выявляться при теломерных синдромах, включая врождённый дискератоз, апластическую анемию и часть случаев интерстициальных заболеваний лёгких, однако диагноз устанавливают с учётом клинической картины и молекулярно-генетического исследования генов теломерного комплекса.
| Структура или последовательность | Молекулярная характеристика | Основная локализация | Функциональное значение |
|---|---|---|---|
| Теломерная ДНК | Тандемные повторы TTAGGG; образуют 3′-одноцепочечный G-богатый выступ | Концы линейных хромосом | Защита хромосомных концов, предотвращение деградации и слияния хромосом |
| Шелтериновый комплекс | Белки TRF1, TRF2, POT1, TIN2, TPP1 и RAP1 | Теломерный участок | Регуляция структуры теломеры и подавление активации ответа на повреждение ДНК |
| Альфа-сателлитная ДНК | Тандемные повторы длиной около 171 пары нуклеотидов, часто организованные в высшие повторы | Центромерные и перицентромерные области | Формирование кинетохора и обеспечение расхождения хромосом при делении |
| Структурный ген | Кодирующая последовательность, содержащая открытые рамки считывания и регуляторные элементы | Эухроматин и отдельные участки генома | Синтез функционального белка или РНК; теломеры такой функции обычно не выполняют |
| GC-богатый участок | Повышенная доля гуанина и цитозина, нередко с CpG-островками | Промоторы, некоторые эухроматические регионы и повторяющиеся последовательности | Влияет на стабильность ДНК и регуляцию транскрипции, но не является специфическим признаком теломер |
| Теломераза | Рибонуклеопротеидный фермент с каталитической субъединицей TERT и матричной РНК TERC | Клетки зародышевого ряда, стволовые и многие опухолевые клетки | Добавление теломерных повторов и поддержание длины теломер |
Таким образом, определяющим признаком теломеры является не просто богатство гуанином или повторяемость ДНК, а специфический тандемный мотив TTAGGG. Утрата теломерной защиты приводит к хромосомной нестабильности и клеточному старению или апоптозу. Критическое укорочение теломер ограничивает пролиферативный потенциал клеток и может лежать в основе наследственных теломерных синдромов. Активация теломеразы, напротив, позволяет опухолевым клеткам поддерживать способность к неограниченному делению.