Free Press

A replikáció alapvető lépései ugyanazok, mint a prokariótákban. A replikáció elindítása eukariótákban bonyolultabb. A replikáció origójánál egy pre-replikációs komplex jön létre más iniciátorfehérjékkel. Ezután más fehérjéket toboroznak a replikációs folyamat elindításához. Az általános folyamat ugyanaz, bár a különböző nevű enzimek ugyanazt a funkciót látják el. Például a prokariótákban a replikáció nagy részét a DNS pol III végzi, míg az eukariótákban a vezető szálat folyamatosan a pol δ enzim szintetizálja, a lemaradó szálat pedig a pol ε. Mi a prokarióta replikációban használt enzimekre koncentrálunk, ezért ne foglalkozzunk ezekkel a névbeli különbségekkel.

A következők a prokarióta és eukarióta replikáció közötti fontos különbségek:

1. táblázat: A prokarióta és eukarióta replikáció közötti különbségek

Eukarióták

Tulajdonságok	Prokarióták
Az eredet. Replikáció	Egyszeres	Sokszoros
Replikációs sebesség	1000 nukleotid/s	50-100 nukleotid/s
DNS polimeráz típusok	5	14
DNS csomagolás	szupercoiling	hisztonok köré tekeredik
Telomeráz	nem. jelen	jelen van

A replikáció eredete és sebessége

Az eukarióta genomok sokkal összetettebbek és nagyobb méretűek, mint a prokarióta genomok. Az emberi genom haploid kromoszómakészletenként hárommilliárd bázispárt tartalmaz, és a sejtciklus S fázisában 6 milliárd bázispár replikálódik. Ez azt jelenti, hogy az eukarióta kromoszómán több replikációs origónak kell lennie ahhoz, hogy az összes DNS időben replikálódjon; az embernek akár 100 000 replikációs origója is lehet. A replikáció sebessége körülbelül 100 nukleotid/másodperc, ami sokkal lassabb, mint a prokarióta replikáció.

DNS-polimeráz típusok

A DNS-polimerázok száma az eukariótákban sokkal több, mint a prokariótákban: Tizennégyet ismerünk, amelyek közül ötről tudjuk, hogy fontos szerepet játszik a replikáció során, és jól tanulmányozták őket. Ezek a pol α, pol β, pol γ, pol δ és pol ε. Nem fogom megkérdezni ezeknek a polimerázoknak a nevét – tanuljátok meg a prokarióta polimerázok nevét.

DNS-csomagolás

Az eukarióta DNS a hisztonok néven ismert fehérjék köré tekeredik, hogy nukleoszómáknak nevezett struktúrákat alkossanak. A DNS-t hozzáférhetővé kell tenni ahhoz, hogy a DNS-replikáció folytatódhasson. A kromatin (a DNS és a fehérjék közötti komplex) bizonyos kémiai módosításokon mehet keresztül, hogy a DNS le tudjon csúszni a hisztonokról, vagy más módon hozzáférhetővé váljon a DNS-replikációs gépezet enzimei számára. A prokarióták nem úgy csomagolják a DNS-üket, hogy hisztonok köré tekerik.

Telomer replikáció

A prokarióta kromoszómákkal ellentétben az eukarióta kromoszómák lineárisak. Mint tanultuk, a DNS-pol enzim csak 5′-3′ irányban képes nukleotidokat hozzáadni. A vezető szálon a szintézis a kromoszóma végéig folytatódik. A lemaradó szálon a DNS szintézise rövid szakaszokban történik, amelyek mindegyikét külön primer indítja el. Amikor a replikációs villa eléri a lineáris kromoszóma végét, a kromoszóma végén lévő DNS-töredék másolásához már nincs helye primernek. Ezek a végek így párosítatlanok maradnak, és idővel ezek a végek a sejtek további osztódása során fokozatosan rövidülhetnek.

A lineáris kromoszómák végeit telomereknek nevezzük, amelyek olyan ismétlődő szekvenciákat tartalmaznak, amelyek nem kódolnak egy adott gént. Ezek a telomerek védik a kromoszómán található géneket attól, hogy a sejtek további osztódása során törlődjenek. Az emberben egy hat bázispáros szekvencia, a TTAGGG, 100-1000-szer ismétlődik. A telomeráz enzim (1. ábra) felfedezése segített annak megértésében, hogyan maradnak fenn a kromoszómák végei. A telomeráz enzim egy katalitikus részt és egy beépített RNS-sablont tartalmaz. Rákapcsolódik a kromoszóma végére, és a DNS-szál 3′ végére az RNS-sablonhoz komplementer bázisok kerülnek. Amint a lemaradó szál sablonjának 3′ vége kellően megnyúlt, a DNS-polimeráz hozzá tudja adni a kromoszóma végéhez komplementer nukleotidokat. Így a kromoszómák végei replikálódnak.

A telomeráz jellemzően a csírasejtekben és a felnőtt őssejtekben aktív. A felnőtt szomatikus sejtekben nem aktív. A telomeráz felfedezéséért és működéséért Elizabeth Blackburn (2. ábra) 2009-ben orvosi és élettani Nobel-díjat kapott.

Telomeráz és az öregedés

A sejtosztódáson átesett sejtek telomerái továbbra is rövidülnek, mivel a legtöbb szomatikus sejt nem termel telomerázt. Ez lényegében azt jelenti, hogy a telomerek rövidülése az öregedéssel jár együtt. A modern orvostudomány, a megelőző egészségügyi ellátás és az egészségesebb életmód megjelenésével az emberi élettartam megnőtt, és egyre nagyobb igény mutatkozik arra, hogy az emberek idősebb korukban fiatalabbnak tűnjenek és jobb életminőséggel rendelkezzenek.

2010-ben a tudósok megállapították, hogy a telomeráz képes visszafordítani egyes öregedéssel kapcsolatos állapotokat egerekben. Ez potenciális lehet a regeneratív gyógyászatban (Jaskelioff, 2011). Telomeráz-hiányos egereket használtak ezekben a vizsgálatokban; ezeknél az egereknél szöveti sorvadás, őssejt-csökkenés, szervrendszeri elégtelenség és károsodott szöveti sérülésválaszok jelentkeztek. A telomeráz reaktiválása ezekben az egerekben a telomerek meghosszabbodását okozta, csökkentette a DNS-károsodást, visszafordította a neurodegenerációt, és javította a herék, a lép és a belek működését. Így a telomerek reaktiválása potenciálisan alkalmas lehet az emberekben az öregedéssel összefüggő betegségek kezelésére.

A rákot a kóros sejtek ellenőrizetlen sejtosztódása jellemzi. A sejtek mutációkat halmoznak fel, kontrollálatlanul szaporodnak, és az áttétképződésnek nevezett folyamat révén a test különböző részeibe vándorolhatnak. A tudósok megfigyelték, hogy a rákos sejtek telomerei jelentősen megrövidültek, és hogy a telomeráz aktív ezekben a sejtekben. Érdekes módon a telomeráz csak azután vált aktívvá, hogy a telomerek megrövidültek a rákos sejtekben. Ha a telomeráz működését ezekben a sejtekben gyógyszerekkel meg lehetne gátolni a rákterápia során, akkor a rákos sejtek további osztódását potenciálisan meg lehetne állítani.