Free Press

De viktigaste stegen i replikationen är desamma som hos prokaryoter. Att påbörja replikationen är mer komplicerat i eukaryoter. Vid replikationens ursprung bildas ett pre-replikationskomplex med andra initiatorproteiner. Andra proteiner rekryteras sedan för att starta replikationsprocessen. Den övergripande processen är densamma, även om enzymer med olika namn fyller samma funktion. Till exempel används DNA pol III för majoriteten av replikationen hos prokaryoter, medan den ledande strängen hos eukaryoter kontinuerligt syntetiseras av enzymet pol δ, medan den eftersläpande strängen syntetiseras av pol ε. Vi fokuserar på de enzymer som används vid prokaryotisk replikation, så oroa dig inte för dessa namnskillnader.

Här är de viktiga skillnaderna mellan prokaryotisk och eukaryotisk replikation:

Tabell 1: Skillnader mellan prokaryotisk och eukaryotisk replikation

Egenskaper	Prokaryoter	Eukaryoter
Origin of replikation	Enkla	Flera
Replikationshastighet	1000 nukleotider/s	50 till 100 nukleotider/s
DNA polymerastyper	5	14
DNA-förpackning	supercoiling	som är lindat runt histoner
Telomeras	Inte närvarande	närvarande

Ursprung och replikationshastighet

Eukaryotiska genomer är mycket mer komplexa och större i storlek än prokaryotiska genomer. Det mänskliga genomet har tre miljarder baspar per haploid kromosomuppsättning och 6 miljarder baspar replikeras under cellcykelns S-fas. Detta innebär att det måste finnas flera replikationsursprung på den eukaryota kromosomen för att allt DNA ska kunna replikeras i tid; människor kan ha upp till 100 000 replikationsursprung. Replikationshastigheten är cirka 100 nukleotider per sekund, vilket är mycket långsammare än prokaryotisk replikation.

DNA-polymerastyper

Antalet DNA-polymeraser hos eukaryoter är mycket större än hos prokaryoter: 14 är kända, varav fem är kända för att ha viktiga roller under replikationen och har studerats väl. De är kända som pol α, pol β, pol γ, pol δ och pol ε. Jag kommer aldrig att fråga dig namnen på dessa polymeraser – lär dig namnen på de prokaryotiska polymeraserna.

DNA-förpackning

Eukaryotiskt DNA lindas runt proteiner som kallas histoner för att bilda strukturer som kallas nukleosomer. DNA måste göras tillgängligt för att DNA-replikationen ska kunna fortsätta. Kromatinet (komplexet mellan DNA och proteiner) kan genomgå vissa kemiska modifieringar, så att DNA kan glida av histonerna eller på annat sätt bli tillgängligt för enzymerna i DNA-replikeringsmaskineriet. Prokaryoter paketerar inte sitt DNA genom att linda det runt histoner.

Telomerreplikation

Till skillnad från prokaryotade kromosomer är eukaryotade kromosomer linjära. Som du har lärt dig kan enzymet DNA pol lägga till nukleotider endast i 5′ till 3′-riktningen. I den ledande strängen fortsätter syntesen tills kromosomens slut nås. I den efterföljande strängen syntetiseras DNA i korta sträckor, som var och en initieras av en separat primer. När replikationsgaffeln når slutet av den linjära kromosomen finns det ingen plats för en primer för det DNA-fragment som ska kopieras i slutet av kromosomen. Dessa ändar förblir alltså oparade, och med tiden kan dessa ändar bli successivt kortare när cellerna fortsätter att dela sig.

De linjära kromosomernas ändar kallas telomerer, som har repetitiva sekvenser som inte kodar för en viss gen. Dessa telomerer skyddar de gener som finns på kromosomen från att raderas när cellerna fortsätter att dela sig. Hos människor upprepas en sekvens med sex baspar, TTAGGG, 100 till 1000 gånger. Upptäckten av enzymet telomeras (figur 1) bidrog till förståelsen av hur kromosomändarna upprätthålls. Telomerasenzymet innehåller en katalytisk del och en inbyggd RNA-mall. Det fäster vid kromosomens ände och komplementära baser till RNA-mallen läggs till i 3′-änden av DNA-strängen. När 3′-änden av den eftersläpande strängmallen är tillräckligt utdragen kan DNA-polymeraset lägga till de nukleotider som är komplementära till kromosomernas ändar. På så sätt replikeras kromosomernas ändar.

Telomeras är typiskt sett aktivt i könsceller och vuxna stamceller. Det är inte aktivt i vuxna somatiska celler. För sin upptäckt av telomeras och dess verkan fick Elizabeth Blackburn (figur 2) Nobelpriset i medicin och fysiologi 2009.

Telomeras och åldrande

Celler som genomgår celldelning fortsätter att få sina telomerer förkortade eftersom de flesta somatiska celler inte tillverkar telomeras. Detta innebär i huvudsak att telomerförkortning är förknippad med åldrande. Med tillkomsten av modern medicin, förebyggande hälsovård och hälsosammare livsstil har människans livslängd ökat, och det finns ett ökande krav på att människor ska se yngre ut och ha en bättre livskvalitet när de blir äldre.

Under 2010 upptäckte forskare att telomeras kan vända vissa åldersrelaterade tillstånd hos möss. Detta kan ha potential inom regenerativ medicin (Jaskelioff, 2011). Telomerasbristande möss användes i dessa studier; dessa möss har vävnadsatrofi, stamcellsutarmning, organsystemfel och nedsatt respons på vävnadsskador. Telomerasreaktivering hos dessa möss orsakade förlängning av telomererna, minskade DNA-skador, vände neurodegeneration och förbättrade funktionen hos testiklar, mjälte och tarmar. Således kan telomerreaktivering ha potential för behandling av åldersrelaterade sjukdomar hos människor.

Cancer kännetecknas av okontrollerad celldelning av onormala celler. Cellerna ackumulerar mutationer, förökar sig okontrollerat och kan vandra till olika delar av kroppen genom en process som kallas metastasering. Forskare har observerat att cancerceller har avsevärt förkortade telomerer och att telomeras är aktivt i dessa celler. Intressant nog var det först när telomererna hade förkortats i cancercellerna som telomeraset blev aktivt. Om telomerasets verkan i dessa celler kan hämmas med läkemedel under cancerbehandling kan cancercellerna eventuellt stoppas från ytterligare delning.

.