Теломеры под контролем: как дрожжи раскрывают тайны старения и рака
Теломеры — защитные «колпачки» на концах хромосом, состоящие из повторяющихся последовательностей ДНК (TTAGGG у человека). Их основная функция — предотвращение деградации хромосом и нежелательных рекомбинаций. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются, что служит «счетчиком» клеточного старения. Однако два белковых комплекса — CST (состоящий из субъединиц CTC1-STN1-TEN1 у многоклеточных животных и растений и из Cdc13-Stn1-Ten1 у дрожжей) и PP (Polα/primase, включающий в себя праймазы Pri1 и Pri2 и ДНК-полимеразу альфа) — играют ключевую роль в поддержании их длины и целостности. Новое исследование, опубликованное в Nucleic Acids Research, раскрыло молекулярные механизмы их взаимодействия на примере дрожжей Candida glabrata.
Функции комплексов
CST стабилизирует теломеры, предотвращая их неконтролируемое удлинение теломеразой и защищая одноцепочечные участки от повреждений.
PP синтезирует РНК-праймеры и инициирует синтез ДНК на теломерах, обеспечивая достройку отстающей цепи во время репликации.
Мутации в компонентах CST приводят к аномалиям: удлинению теломер, их фрагментации или потере защиты, что ускоряет старение клеток или провоцирует онкогенез.
PP синтезирует РНК-праймеры и инициирует синтез ДНК на теломерах, обеспечивая достройку отстающей цепи во время репликации.
Мутации в компонентах CST приводят к аномалиям: удлинению теломер, их фрагментации или потере защиты, что ускоряет старение клеток или провоцирует онкогенез.
Методы: от мутагенеза до искусственного интеллекта
Ученые из США и Испании использовали комбинацию подходов:
1. Точечный мутагенез: Внесли изменения в критические участки субъединиц CST (Ten1, Stn1) и PP (Pri1, Pri2).
2. AlphaFold 3: Смоделировали 3D-структуры комплексов, предсказав ключевые точки взаимодействия.
3. Генетический анализ: Изучили влияние мутаций на длину теломер и жизнеспособность клеток.
4. Ко-иммунопреципитация (co-IP) и ChIP: Проверили связывание комплексов с ДНК и друг с другом.
1. Точечный мутагенез: Внесли изменения в критические участки субъединиц CST (Ten1, Stn1) и PP (Pri1, Pri2).
2. AlphaFold 3: Смоделировали 3D-структуры комплексов, предсказав ключевые точки взаимодействия.
3. Генетический анализ: Изучили влияние мутаций на длину теломер и жизнеспособность клеток.
4. Ко-иммунопреципитация (co-IP) и ChIP: Проверили связывание комплексов с ДНК и друг с другом.
Результаты
Петля L34: молекулярный «ключ» активации PP
С помощью AlphaFold 3 ученые обнаружили, что петля L34 в субъединице Ten1 встраивается между праймазами Pri1 и Pri2, формируя стабильный контакт между CST и PP. Этот участок сохранился в ходе эволюции: аналогичная структура выявлена у человеческого ортолога TEN1.
Эксперименты с мутантами Ten1
· Ten1L34A вызывал прогрессирующее удлинение теломер до 3 тыс. пар нуклеотидов (в норме — 1,2 тыс.) за счет подавления контроля над теломеразой. В клетках без теломеразы (tertΔ) мутация ускоряла старение, несмотря на нормальную длину теломер.
Ten1L34B приводил к нестабильности теломер, накоплению одноцепочечных участков и внехромосомных C-кругов (кольцевых фрагментов теломерной ДНК). Комбинация мутаций ten1L34B и tertΔ оказалась летальной.
Ten1L34B приводил к нестабильности теломер, накоплению одноцепочечных участков и внехромосомных C-кругов (кольцевых фрагментов теломерной ДНК). Комбинация мутаций ten1L34B и tertΔ оказалась летальной.
Stn1: навигатор для ДНК
Субъединица Stn1, хотя и обладает низкой аффинностью к ДНК, критична для направления теломерной ДНК к активному центру праймазы. Мутации в Stn1 нарушали синтез праймеров PP, активируя пути репарации повреждений (RAD52, RAD24, EXO1). Делеция этих генов смягчала дефекты, но не восстанавливала стабильность теломер полностью.
Механизмы дестабилизации теломер
· Нарушение конформации CST-PP: Мутации в Ten1 и Stn1 не мешали комплексам связываться с ДНК, но изменяли их пространственную организацию, что подтвердили методы co-IP и ChIP.
· Активация альтернативных путей репарации: Неконтролируемая активность экзонуклеазы EXO1 и рекомбиназы RAD52 приводила к образованию C-кругов и хромосомным перестройкам.
· Активация альтернативных путей репарации: Неконтролируемая активность экзонуклеазы EXO1 и рекомбиназы RAD52 приводила к образованию C-кругов и хромосомным перестройкам.
Перспективы
1) Подавление рака
Опухолевые клетки часто активируют теломеразу для бесконтрольного деления. Таргетинг комплекса CST может:
· Блокировать удлинение теломер: Подавляя активность теломеразы через мутации типа Ten1L34A.
· Дестабилизировать теломеры: Индуцируя стресс по аналогии с Ten1L34B, что повысит чувствительность рака к терапии.
2) Моделирование заболеваний
Искусственные мутации в CST позволят изучать наследственные патологии, связанные с теломерами (дискератоз, прогерия и т.д.).
Опухолевые клетки часто активируют теломеразу для бесконтрольного деления. Таргетинг комплекса CST может:
· Блокировать удлинение теломер: Подавляя активность теломеразы через мутации типа Ten1L34A.
· Дестабилизировать теломеры: Индуцируя стресс по аналогии с Ten1L34B, что повысит чувствительность рака к терапии.
2) Моделирование заболеваний
Искусственные мутации в CST позволят изучать наследственные патологии, связанные с теломерами (дискератоз, прогерия и т.д.).
Заключение
Исследование не только раскрыло роль петли L34 и субъединицы Stn1 в поддержании теломер, но и подтвердило эволюционную консервативность этих механизмов. Полученные данные открывают путь для разработки препаратов, избирательно нарушающих стабильность теломер в раковых клетках, а также улучшения моделей возрастных заболеваний. Следующий шаг — тестирование выявленных мишеней на человеческих клетках и in vivo.
Исследование не только раскрыло роль петли L34 и субъединицы Stn1 в поддержании теломер, но и подтвердило эволюционную консервативность этих механизмов. Полученные данные открывают путь для разработки препаратов, избирательно нарушающих стабильность теломер в раковых клетках, а также улучшения моделей возрастных заболеваний. Следующий шаг — тестирование выявленных мишеней на человеческих клетках и in vivo.
Первоисточник:
Calugaru K. et al. The yeast CST and Polα/primase complexes act in concert to ensure proper telomere maintenance and protection. Nucleic Acids Res. 2025 Apr 10;53(7):gkaf245. doi: 10.1093/nar/gkaf245. PMID: 40245101; PMCID: PMC11997776.
https://academic.oup.com/nar/article/53/7/gkaf245/8113564?login=false
Calugaru K. et al. The yeast CST and Polα/primase complexes act in concert to ensure proper telomere maintenance and protection. Nucleic Acids Res. 2025 Apr 10;53(7):gkaf245. doi: 10.1093/nar/gkaf245. PMID: 40245101; PMCID: PMC11997776.
https://academic.oup.com/nar/article/53/7/gkaf245/8113564?login=false