Free Press

Základní kroky replikace jsou stejné jako u prokaryot. Zahájení replikace je u eukaryot složitější. Na počátku replikace se vytváří předreplikační komplex s dalšími iniciačními proteiny. Poté jsou k zahájení procesu replikace přibrány další proteiny. Celkový proces je stejný, i když různě pojmenované enzymy plní stejnou funkci. Například u prokaryot se pro většinu replikace používá DNA pol III, zatímco u eukaryot je vedoucí vlákno průběžně syntetizováno enzymem pol δ, opožděné vlákno je syntetizováno enzymem pol ε. My se zaměříme na enzymy používané při prokaryotické replikaci, takže se těmito rozdíly v názvech nezabývejte.

Níže jsou uvedeny důležité rozdíly mezi prokaryotickou a eukaryotickou replikací:

Tabulka 1: Rozdíly mezi prokaryotickou a eukaryotickou replikací

Vlastnost	Prokaryota	Eukaryota
Původce replikace	Jednotlivé	Vícenásobné
Rychlost replikace	1000 nukleotidů/s	50 až 100 nukleotidů/s
DNA typy polymeráz	5	14
balení DNA	supercoiling	navinutí kolem histonů
Telomeráza	Není přítomna	Přítomna

Původ a rychlost replikace

Eukaryotické genomy jsou mnohem složitější a větší než genomy prokaryotické. Lidský genom má tři miliardy párů bází na haploidní sadu chromozomů a během S fáze buněčného cyklu se replikuje 6 miliard párů bází. To znamená, že na eukaryotickém chromozomu musí být více počátků replikace, aby se celá DNA včas replikovala; člověk může mít až 100 000 počátků replikace. Rychlost replikace je přibližně 100 nukleotidů za sekundu, což je mnohem pomaleji než u prokaryot.

Typy polymeráz DNA

Polymeráz DNA je u eukaryot mnohem více než u prokaryot: Je jich známo 14, z nichž pět má hlavní úlohu při replikaci a jsou dobře prozkoumány. Jsou známé jako pol α, pol β, pol γ, pol δ a pol ε. Na názvy těchto polymeráz se vás nikdy ptát nebudu – naučte se názvy prokaryotických polymeráz.

Pakování DNA

Eukaryotická DNA se ovíjí kolem bílkovin známých jako histony a tvoří struktury zvané nukleozomy. Aby mohla probíhat replikace DNA, musí být DNA zpřístupněna. Chromatin (komplex mezi DNA a bílkovinami) může projít určitými chemickými modifikacemi, aby DNA mohla sklouznout z histonů nebo byla jinak přístupná enzymům replikačního aparátu DNA. Prokaryota svou DNA nebalí tak, že by ji omotávala kolem histonů.

Replikace telomer

Na rozdíl od prokaryotických chromozomů jsou eukaryotické chromozomy lineární. Jak jste se dozvěděli, enzym DNA pol může přidávat nukleotidy pouze ve směru 5′ až 3′. Ve vedoucím vlákně syntéza pokračuje, dokud není dosaženo konce chromozomu. V zaostávajícím vlákně se DNA syntetizuje v krátkých úsecích, z nichž každý je iniciován samostatným primerem. Když replikační vidlice dosáhne konce lineárního chromozomu, není na konci chromozomu místo pro vytvoření primeru pro kopírování fragmentu DNA. Tyto konce tedy zůstávají nespárované a v průběhu času se tyto konce mohou postupně zkracovat, jak se buňky dále dělí.

Konce lineárních chromozomů jsou známé jako telomery, které mají repetitivní sekvence, jež nekódují konkrétní gen. Tyto telomery chrání geny, které se na chromozomu nacházejí, před vymazáním při dalším dělení buněk. U člověka se sekvence o šesti párech bází, TTAGGG, opakuje 100 až 1000krát. Objev enzymu telomerázy (obrázek 1) pomohl pochopit, jak jsou konce chromozomů udržovány. Enzym telomeráza obsahuje katalytickou část a zabudovaný RNA templát. Ta se připojí ke konci chromozomu a na 3′ konec vlákna DNA se přidají komplementární báze k šabloně RNA. Jakmile je 3′ konec šablony zaostávajícího vlákna dostatečně prodloužen, může DNA polymeráza přidat nukleotidy komplementární ke koncům chromozomů. Tím dochází k replikaci konců chromozomů.

Telomeráza je obvykle aktivní v zárodečných buňkách a dospělých kmenových buňkách. V dospělých somatických buňkách aktivní není. Za objev telomerázy a jejího působení získala Elizabeth Blackburnová (obr. 2) v roce 2009 Nobelovu cenu za lékařství a fyziologii.

Telomeráza a stárnutí

Buňky, které se dělí, mají nadále zkrácené telomery, protože většina somatických buněk telomerázu nevytváří. To v podstatě znamená, že zkracování telomer je spojeno se stárnutím. S nástupem moderní medicíny, preventivní zdravotní péče a zdravějšího životního stylu se délka lidského života prodloužila a roste požadavek, aby lidé s přibývajícím věkem vypadali mladší a měli kvalitnější život.

V roce 2010 vědci zjistili, že telomeráza dokáže zvrátit některé stavy související s věkem u myší. To může mít potenciál v regenerativní medicíně (Jaskelioff, 2011). V těchto studiích byly použity myši s deficitem telomerázy; u těchto myší dochází k atrofii tkání, vyčerpání kmenových buněk, selhání orgánových systémů a zhoršení reakcí na poranění tkání. Reaktivace telomerázy u těchto myší způsobila prodloužení telomer, snížila poškození DNA, zvrátila neurodegeneraci a zlepšila funkci varlat, sleziny a střev. Reaktivace telomer tak může mít potenciál pro léčbu onemocnění souvisejících s věkem u lidí.

Rakovina je charakterizována nekontrolovaným dělením abnormálních buněk. Buňky hromadí mutace, nekontrolovaně se množí a mohou migrovat do různých částí těla prostřednictvím procesu zvaného metastazování. Vědci zjistili, že rakovinné buňky mají výrazně zkrácené telomery a že telomeráza je v těchto buňkách aktivní. Zajímavé je, že teprve po zkrácení telomer v rakovinných buňkách se telomeráza stala aktivní. Pokud by působení telomerázy v těchto buňkách mohlo být při léčbě rakoviny inhibováno léky, pak by potenciálně mohlo být rakovinným buňkám zabráněno v dalším dělení.

.