Free Press

De vigtigste trin i replikationen er de samme som hos prokaryoter. Det er mere komplekst at påbegynde replikationen hos eukaryoter. Ved replikationens oprindelse laves et præ-replikationskompleks med andre initiatorproteiner. Andre proteiner rekrutteres derefter til at starte replikationsprocessen. Den overordnede proces er den samme, selv om enzymer med forskellige navne udfylder den samme funktion. For eksempel anvendes DNA pol III til størstedelen af replikationen hos prokaryoter, mens den ledende streng i eukaryoter kontinuerligt syntetiseres af enzymet pol δ, mens den bagudrettede streng syntetiseres af pol ε. Vi fokuserer på de enzymer, der anvendes i prokaryote replikation, så du skal ikke bekymre dig om disse navneforskelle.

Her er de vigtige forskelle mellem prokaryote og eukaryote replikation:

Tabel 1: Forskelle mellem prokaryote og eukaryote replikation

Egenskab	Prokaryoter	Eukaryoter
Origin of replikation	En enkelt	Multipel
Replikationshastighed	1000 nukleotider/s	50 til 100 nukleotider/s
DNA polymerasetyper	5	14
DNA-pakning	supercoiling	viklet omkring histoner
Telomerase	Ikke til stede	til stede

Originer og replikationshastighed

Eukaryote genomer er meget mere komplekse og større i størrelse end prokaryote genomer. Det menneskelige genom har tre milliarder basepar pr. haploidt sæt kromosomer, og 6 milliarder basepar replikeres i løbet af S-fasen af cellecyklussen. Det betyder, at der skal være flere replikationssteder på det eukaryote kromosom, for at alt DNA’et kan blive replikeret rettidigt; mennesker kan have op til 100 000 replikationssteder. Replikationshastigheden er ca. 100 nukleotider pr. sekund, hvilket er meget langsommere end prokaryoternes replikation.

DNA-polymerasetyper

Antal af DNA-polymeraser hos eukaryoter er meget større end hos prokaryoter: Der kendes 14, hvoraf fem er kendt for at spille en vigtig rolle under replikationen og er blevet godt undersøgt. De er kendt som pol α, pol β, pol γ, pol δ og pol ε. Jeg vil aldrig spørge dig om navnene på disse polymeraser – lær navnene på de prokaryote polymeraser.

DNA-pakning

Eukaryote DNA er viklet om proteiner kendt som histoner for at danne strukturer kaldet nukleosomer. DNA’et skal gøres tilgængeligt, for at DNA-replikationen kan fortsætte. Kromatinet (komplekset mellem DNA og proteiner) kan undergå nogle kemiske modifikationer, så DNA’et kan glide af histonerne eller på anden måde blive tilgængeligt for enzymerne i DNA-replikationsmaskineriet. Prokaryoter pakker ikke deres DNA ved at vikle det rundt om histoner.

Telomereplikation

I modsætning til prokaryote kromosomer er eukaryote kromosomer lineære. Som du har lært, kan enzymet DNA pol kun tilføje nukleotider i 5′ til 3′-retningen. I den forreste streng fortsætter syntesen, indtil kromosomet er nået til enden af kromosomet. På den langsomme streng syntetiseres DNA i korte strækninger, som hver især initieres af en separat primer. Når replikationsgaflen når enden af det lineære kromosom, er der ikke plads til at lave en primer til det DNA-fragment, der skal kopieres ved kromosomets ende. Disse ender forbliver således uparrede, og med tiden kan disse ender blive gradvist kortere, efterhånden som cellerne fortsætter med at dele sig.

Enderne af de lineære kromosomer er kendt som telomerer, som har gentagne sekvenser, der ikke koder for et bestemt gen. Disse telomerer beskytter de gener, der er placeret på kromosomet, mod at blive slettet, efterhånden som cellerne fortsætter med at dele sig. Hos mennesker gentages en sekvens på seks basepar, TTAGGG, 100 til 1000 gange. Opdagelsen af enzymet telomerase (figur 1) bidrog til forståelsen af, hvordan kromosomenes ender vedligeholdes. Telomeraseenzymet indeholder en katalytisk del og en indbygget RNA-skabelon. Det sætter sig fast på kromosomets ende, og der tilføjes komplementære baser til RNA-skabelonen i 3′-enden af DNA-strengen. Når 3′-enden af skabelonen for den efterslæbende streng er tilstrækkeligt forlænget, kan DNA-polymerase tilføje de nukleotider, der er komplementære til kromosomernes ender. Således replikeres kromosomernes ender.

Telomerase er typisk aktiv i kønsceller og voksne stamceller. Det er ikke aktivt i voksne somatiske celler. For sin opdagelse af telomerase og dens virkning modtog Elizabeth Blackburn (figur 2) Nobelprisen for medicin og fysiologi i 2009.

Telomerase og aldring

Celler, der gennemgår celledeling, fortsætter med at få deres telomerer forkortet, fordi de fleste somatiske celler ikke laver telomerase. Det betyder i bund og grund, at telomerforkortning er forbundet med aldring. Med fremkomsten af moderne medicin, forebyggende sundhedspleje og en sundere livsstil er menneskets levetid blevet længere, og der er et stigende krav om, at folk skal se yngre ud og have en bedre livskvalitet, når de bliver ældre.

I 2010 fandt forskere ud af, at telomerase kan vende nogle aldersrelaterede tilstande hos mus. Dette kan have potentiale inden for regenerativ medicin (Jaskelioff, 2011). Der blev anvendt telomerase-deficiente mus i disse undersøgelser; disse mus har vævsatrofi, stamcelleudtømning, organsystemfejl og nedsat respons på vævsskader. Telomerase-reaktivering i disse mus forårsagede forlængelse af telomerer, reducerede DNA-skader, vendte neurodegeneration og forbedrede funktionen af testiklerne, milten og tarmene. Telomerreaktivering kan således have potentiale til behandling af aldersrelaterede sygdomme hos mennesker.

Kræft er karakteriseret ved ukontrolleret celledeling af unormale celler. Cellerne akkumulerer mutationer, formerer sig ukontrolleret og kan vandre til forskellige dele af kroppen gennem en proces, der kaldes metastase. Forskere har observeret, at kræftceller har betydeligt forkortede telomerer, og at telomerase er aktiv i disse celler. Det er interessant, at telomerasen først blev aktiv, efter at telomererne var blevet forkortet i kræftcellerne. Hvis telomerasens virkning i disse celler kan hæmmes af lægemidler under kræftbehandling, kan kræftcellerne potentielt stoppes i yderligere deling.