View
18
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
БИОХИМИЯ, 1997, том 62, вып. 11, с. 1442 - 1452
УДК 576.316.24
ТЕЛОМЕРЫ S a c c h a ro m y c e s cerevis iae
Обзор© 1997 г. Ф.Е. Прайд, Э.Д. Льюис*
Институт молекулярной медицины, Больница Джона Рэдклиффа, Оксфорд 0X 3 9DS; факс: +44-(0) 1865-222309, электронная почта: elouis@worf.molbiol.ox.ac.uk
Поступила в редакцию 16.07.97
За последнее время информация о структуре и функциях теломер и субтеломерных последовательностей у почкующихся дрожжей S. cerevisiae значительно обогатилась. Структура и поддержание стабильности теломер определяются не только матричной РНК и каталитической субъединицей теломеразы, но также рядом других белков. Сюда относятся белки, определяющие повреждения ДНК и осуществляющие регуляцию клеточного цикла. Стабильность теломер поддерживается также с помощью нетеломеразного механизма. Помимо упомянутых выше существует ряд белков, вовлеченных в структурную организацию этого района хроматина. Многие из них задействованы тем или иным способом в сайленсинге, т.е. транскрипционном молчании, в старении, сегрегации хромосом и ядерной архитектуре. Было показано, что субтеломерные районы состоят из разного числа мозаичных повторов, находящихся в разных положениях. Среди разнообразных мозаичных элементов существуют небольшие консервативные по- следовательности, обнаруженные во всех концевых районах и имеющие определенное функциональное значение. Недавно было показано, что субтеломерные повторы могут спасать хромосомные концы в отсутствие теломеразы, снимать транскрипционное молчание генов, расположенных в субтеломерной области, и защищать геном от вредных перестановок при эктопической рекомбинации. Таким образом, теломеры помимо защиты концевых районов и решения проблемы репликациии линейных хромосом играют важную роль в жизни дрожжевой клетки.КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: теломеры, субтеломерные повторы, теломероассоциированные последователь- ности, теломерный эффект положения, мозаичный эффект положения, транскрипционное молчание (или сайлеисинг), старение, теломерные кластеры, ядерная архитектура.
Теломеры - важные структурные элементы линейных эукариотических хромосом. Происхождение концепции теломер и проблемы репликации концевых участков хромосом были рассмотрены в работах [1, 2]. В последние годы был также обнаружен ряд других особенностей теломер [3-6]: возможное участие в процессах старения, сайленсинга или транскрипционного молчания, расхождения хромосом, контроля клеточного цикла, движения хромосом и во всей архитектуре ядра. Данный обзор будет в основном посвящен работе, связанной с этими новыми свойствами, а также с механизмами, вовлеченными в поддержание стабильности теломер.
Помимо собственно теломерных концевых повторов концы эукариотических хромосом представлены мозаикой высоковариабельных повторяющихся последовательностей, расположенных рядом с теломерами, и по крайней мере у одного таксона, у Drosophila [7] хромосома имеет только эти мозаичные последовательности и не содержит канонических теломерных повто
* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.
ров. Дрожжи не являются исключением из этого правила и с появлением сиквенса всего генома S. cerevisiae [8] имеется полная информация о субтеломерных районах этого организма. Сравнение концевых последовательностей хромосом человека и дрожжей продемонстрировало консерватизм структуры в целом [9]. Этот консерватизм - следствие либо обычных процессов, ведущих к появлению и поддержанию этих структур, либо существования функциональных ограничений на структуры, обнаруженные в субтеломерных районах, В настоящее время есть основания полагать, что некоторые из этих субтеломерных районов действительно функциональны и в настоящем обзоре будет рассмотрено значение этих функций.
Теломеры S. cerevisiae
Теломерные последовательности S. cerevisiae представляют собой вариабельные повторы TG|_3. Всего на концах хромосом существует 300 ± 75 оснований последовательностей TGi_3 [4]. Теломеры поддерживаются теломеразой, которая
1442
.
©1997 Российская Академия Наук. Материал из электронного архива журнала ”Биохимия”. Статья оцифрована в Отделе Научной Информации НИИФХБ
им. А.Н. Белозерского МГУ. Использование материала автоматически предполагает выполнение условий Пользовательского соглашения.
Постоянная ссылка на материал: http://journals.belozersky.msu.ru/biochemistry/paper/1997/11/1442.
1
ТЕЛОМ ЕРЫ S cicch arom yces cerev isiae 1443
состоит из матричной РНК, кодируемой геном TLC1 [10], и белкового комплекса, в котором EST2 выполняет каталитическую функцию [11, 12]. Делецйонные мутанты EST2 и TLC1 обладают фенотипом старения, теряя несколько пар оснований за одно клеточное деление до тех пор, пока может поддерживаться рост клеток [10, 12]. Суперэкспрессия TLC1 Приводит к дерепрессии теломерного сайленсинга (см. ниже) и укорочению Теломерных участков. Экспрессия TLC1 с измененной Матричной областью вызывает соответствующие изменения в теломерной последовательности. Существуют также другие белки, например EST1 [13] и EST3 [11], мутации в которых создают тот же фенотип укорочения теломер, что и мутанты EST2 и TLC1, вовле- ченнные в поддержание длины теломер, причем некоторые из них, очевидно, Взаимодействуют с EST2. Штаммы с мутантным CDC13 (EST4) [14-16] обладают различными фенотипами в зависимости от специфической мутации. Температурочувствительные мутации cdcl З-ts приводят к неконтролируемой деградации С-цепи [14]. Однако двойные мутанты cdcl3-est имеют тот же фенотип, что и мутанты estl, est2, est3 и tlcl [15].
HDF1 [17], HDF2 [18] (дрожжевые гомологи Ku70 и Ku80) и TEL1 [19, 20] (дрожжевой гомолог ATM, гена атаксии-телеангиэктазии) также вовлечены в поддержание теломер. При температуре ниже 30° эти мутантные штаммы имеют короткие теломеры, в то время как при 37° они обладают тем же фенотипом старения, что и «теломеразные» мутанты. Ген HDF1 и предположительно HDF2 действуют независимо от TEL1, поскольку двойные мутанты повреждены в большей степени, чем любой из единичных мутантов [17]. Очевидно, существует также ряд других генов и факторов, поддерживающих длину теломер и вызывающих сами по себе укорочение или удлинение трактов TGi-з, а не старение, как в случае рассмотренных выше мутаций [3, 4]. Некоторые из этих генов, например CDC17 [21, 22] и CDC44 [21], участвуют в процессах репликации и регуляции клеточного цикла.
Существует также контролируемая клеточным циклом деградация С-цепи, при которой образуется одноцепочечный участок G-цепи или G-оверхенг, что указывает на то, что этот процесс является теломеразонезависимым [23]. Весьма вероятно, что он является неотъемлемой частью поддержания длины теломер. Выступание G-цепи в малых искусственных линейных хромосомах, зависящее от клеточного цикла [24], может отражать взаимодействия концевых районов природных хромосом.
По всей видимости, существует механизм гомеостаза, при помощи которого поддерживается оптимальная длина теломер. R aplp - ДНК-связывающий белок, принимающий участие в репрессии и активации транскрипции, - вовлечен в процесс измерения длины теломер и таким образом контролирует ее. В теломерах в среднем на каждые 20 оснований TG | 3-noc- ледовательности встречается R aplp-связываю- щий мотив, причем rap 1-мутации приводят к изменению средней длины теломер. В некоторых R aplp-мутантах наблюдается увеличение длины теломерных повторов [25]. R aplp - один из нескольких теломеросвязывающих белков, содержащих единственный Myb-повтор, называемый телобоксом [26]. Это увеличение длины теломерных повторов было обнаружено также в некоторых мутантах Tazlp S. pombe - другого МуЬ-содержащего белка [27]. Теломеросвязывающий белок человека hTrflp, также содержащий Myb-повтор, выполняет ту же функцию в контроле длины теломер [28]. Поддержание средней длины теломер дрожжей может быть обусловлено механизмом «подсчета» связанных Молекул Raplp [29], что также справедливо в случае Kluyveromyces lactis [30]. Кроме того, гомеостаз может быть восстановлен с помощью механизма быстрой рекомбинации, в ходе которой большие блоки TG ̂ -последовательностей, выходящих за пределы приемлемых длин, могут быть за один акт утеряны на концах Хромосом [31]. Этот гомеостаз, по всей видимости, является общим свойством теломер и управляется белком, содержащим телобокс.
Рекомбинация и выживание в отсутствиетеломеразной активности или теломеры
Когда поддерживающая теломеру активность утеряна, как в случае мутаций tlcl, est2, а также estl, cdcl3-est, est4, hdfl и hdf2 при 37°, клетки стареют после прохождения многих поколений, поскольку их теломерные повторы укорачиваются. Выжившие клетки появляются с относительно высокой частотой, причем они поддерживают свои хромосомные концы с помощью механизма рекомбинации, что приводит к увеличению тандемных множеств субтеломерных повторов, особенно Y'-элемента [32]. Этот процесс является КАЭ52-зависимым и, вероятно, использует внутренние TGi-з-тракты. У К. lactis наблюдается подобное явление в случае RAD52-3a- висимой рекомбинации среди более длинных теломерных повторов, что обеспечивает выживание клеток, потерявших теломеразную РНК. Очевидно, одно из свойств теломер заключается в предотвращении частых случаев рекомбинации теломер [33].
БИ О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997 5*
1444 ПРАЙ Д, Л ЬЮ И С
Структура хроматина
Теломера находится в ненуклеосомальном хроматине, имеющем область длиной ~ 350 пар оснований, защищенную от действия нуклеаз и именуемую телосомой [34, 35]. Среди белков телосомы обнаружен Rap 1р. Другие белки в составе телосомы пока не идентифицированы, но, по всей видимости, сюда входят некоторые теломеросвязывающие белки. За телосомой следуют фазированные нуклеосомы. Было показано [36], что теломерные области недоступны для действия dam-метилазы при экспрессии ее в дрожжах, в то время как другие геномные последовательности метилировались. Таким образом, была продемонстрирована отличность структуры теломер от других районов хроматина. У других организмов гистоны гетерохроматина ацетилированы в меньшей степени, что также характерно для субтеломерных районов дрожжей [37, 38]. Для устойчивости к dam- метилазе и гипоацетилирования необходимо много различных генов, участвующих в теломерном эффекте положения.
Мозаичный эффект положения или теломерный эффект положения
В искусственных хромосомах, где генетический маркер расположен в непосредственной близости от Тв^з-последовательностей, наблюдается мозаичный эффект положения (МЭП) или теломерный эффект положения (ТЭП), влияющий на экспрессию маркерного гема [39М2]. Мозаичная экспрессия подобного рода напоминает МЭП, наблюдавшийся у Drosophila, когда ген оказывается вблизи гетерохроматических районов в результате хромосомных перестроек. ТЭП наблюдается также у S. pombe [43]. Состояние супрессированной экспрессии определяется рядом генов, куда входят RAP1; SIR2, SIR3 и SIR4 (гены, участвующие в репрессии транскрипции молчащих кассет спаривания HML и HMR); NAT1 и ARD1 (субъединицы N -аце- тилтрансферазы); ННЗ и НН4 (коровые гистоны). Это состояние модулируется рядом других факторов, в частности RIF1 [44] и RIF2 [45] (факторы, взаимодействующие с Raplp) и SUM1 [46] (супрессор sir-мутаций) [4, 47, 48]. Недавно было обнаружено еще несколько белков, участвующих в сайленсинге (транскрипционном молчании) вблизи HML, HMR и теломер: HDA1 [49] и RPD3 [49-51] (члены гистон-деацетилаз- ных комплексов), SAS2 [52] (гомолог ацетил- трансферазы) и UBP3 [53] (деубикитинирующий фермент, взаимодействующий с SIR4).
Очевидно, существует много общего между сайленсингом вблизи теломер и сайленсингом вблизи HML или HMR. Ранее при исследовании ТЭП оставалась невыясненной роль SIR1 в молчании, причем то же относилось к комплексу узнавания ориджина или ORC (Origin Recognition Complex), который, несомненно, играет определенную роль в HM L/HM R-молча- нии. Это согласуется с тем, что вблизи искусственных укорочений нет автономно реплицирующихся последовательностей или ARS (Auto- nommously Replicating Sequences). Были идентифицированы мутации в ORC, которые оказывали определенное влияние на ТЭП в искусственных хромосомах [54], несмотря на отсутствие в этих структурах ARS. Причем, по всей видимости, SIR1 принимает участие в сайленсинге около природных теломер, содержащих ARS (Прайд и Лыоис, неопубликованные данные). Как будет показано ниже, субгеломерные структуры на всех концах подобны сайтам HML и HMR Е и I, причем с помощью ORC, Sirlp-белков и других факторов, они могут влиять на регуляцию ТЭП, наблюдаемого вблизи концевых участков природных хромосом [47, 48].
Мейотическая рекомбинация вблизи теломер
Другое явление, связанное со структурой хроматина, заключается в появлении мейоти- чески вызванных двухцепочечных разрывов (ДЦР), которые происходят на предсуществующих сайтах, гиперчувствительных к ДНКазе I, обнаруженных в процессе вегетативного роста [55—57]. Чаще всего эти разрывы образуются в про- моторной области, где нуклеосомы разрушаются белками, связанными с энхансерными элементами, однако ДЦР происходят также и в других непромоторных областях генома. Те- ломеры и субтеломерные области не содержат детектируемых ДЦР [58-60]. Это означает, что гиперчувствительный участок между телосомой и фазированными нуклеосомами субтеломерных последовательностей [34, 35] не узнается рекомбинаторной машиной. Низкий уровень ДЦР коррелирует с низким уровнем гомологичной рекомбинации, наблюдаемой в теломерных областях ([61]; Грейг, Лыоис и Борте, неопубликованные данные), но он может не коррелировать с частотой эктопической рекомбинации последовательностей, оказавшихся вблизи теломер ([62, 63]; Горам и Льюис, неопубликованные данные). Это означает, что эктопическая рекомбинация вблизи теломер каким-то образом отличается от гомологичной рекомбинации и не требует значительного уровня формирования двухцепочечных разрывов.
БИ О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
ТЕЛ О М ЕРЫ S a cch a ro m yces cerevisiae 1445
Субъядерные кластеры и локализация теломер и теломеросвязаиных белков
С помощью антител к теломеросвязанным белкам была определена пространственная организация расположения теломер в пределах ядра, которую практически невозможно получить с помощью флуоресцентной гибридизации in situ или FISEI (Fluorecent in situ Hybridisation). С помощью антител к Raplp было показано, что теломеры кластеризованы в несколько центров или фокусов, которые располагаются по периферии ядра [64, 65]. Эти фокусы разрушаются мутациями в генах SIR2, SIR3, SIR4 [64] и RLF [66]. Один из них, RLF2, представляет собой часть фактора сборки хроматина [67], отсутствие которого вызывает делокализацию Raplp, но не теломерных последовательностей. Использование антител к SIR3 и SIR4 показало, что эти белки локализуются рядом друг с другом и с субтеломерными У'-последовательностями [68]. Мутации во многих генах приводят к разрушению упомянутых белковых центров без разрушения Y '-центров в периферийной области ядра, хотя эти кластеры кажутся качественно более «рыхлыми» [68].
Не было обнаружено ни одной мутации, нарушающей локализацию теломерных последовательностей. Нарушаются только белок-бел- ковые взаимодействия. Локализация белков соотносится лишь с процессами транскрипционного молчания (сайленсинга) и старения (см. следующий раздел), но не с ядерной архитектурой и физическим движением теломер. При исследовании теломерных последовательностей нереплицирующихся линейных плазмид было обнаружено, что наличие теломерной последовательности дрожжей является необходимым и достаточным условием для блокирования вращения ДНК в реакции с топоизомеразой I [69]. Предполагается, что теломерные последовательности заякориваются на ядерной структуре с помощью ДНК-белковых взаимодействий. Этот «якорь» включает в себя Raplp, но не зависит от SIR2, SIR3 и SIR4. По всей видимости, физические расположения теломерных последовательностей и белковых фокусов вообще не коррелируют друг с другом.
Теломеры и старение
Длина теломер представляют собой хорошие молекулярные часы репликативного возраста, поскольку теломеры укорачиваются при каждом клеточном делении в соматических тканях многих организмов. Многие иммортализо- ванные клетки поддерживают длину теломер,
активизируя теломеразу. Это позволило выдвинуть гипотезу (обзор в [2]) о том, что теломеры могут иметь отношение к старению. В клетках дрожжей также существует взаимосвязь между теломерами и старением [70, 71], но, как будет показано ниже, эта взаимосвязь не так очевидна.
Для клеток млекопитающих была предложена модель [72], касающаяся роли теломер в старении, которая заключается в том, что транскрипция локуса «AGE», расположенного вблизи теломер, подавлена благодаря ТЭП, т.е. теломерному эффекту положения, причем по мере старения клеток и соответственно укорочения теломер эта репрессия снимается и данный локус становится транскрипционно активным. Действительно, мутация в одном из генов (SIR4), участвующих в теломерном сайленсинге, вызывает увеличение продолжительности жизни популяции клеток дрожжей [73]. Однако этот мутант обладает более короткими теломерами [73], причем они не укорачиваются по мере старения клеток [74, 75]. Более старые клетки дрожжей действительно утрачивают эффект теломерного сайленсинга [75], который, как сейчас известно, обусловлен перераспределением факторов молчания от теломер к ядрышку в пределах ядра [76]. Таким образом, у дрожжей гены рДНК могут быть этим локусом AGE, а теломеры при этом играют косвенную роль.
Теломеры и расхождение хромосом
Недавно был идентифицирован мейоз-спе- цифический, теломеросвязывающий белок NDJ1/TAM1 [77, 78]. Мутации в этом гене приводят к тому, что, во-первых, каждая тело- мера оказывается неспаренной (число мейо- тических фокусов Raplp возрастает от 32 до 64), а, во-вторых, в первом делении мейоза учащаются случаи нерасхождения и преждевременного разделения сестринских хроматид. Это обусловлено не уменьшением взаимных обменов, а, вероятно, потерей интерференции хиазм, т.е. блокированием кроссинговера, обеспечивающим каждую хромосому по крайней мере одной новой комбинацией аллелей. При этом также нарушается дистрибутивная сегрегация, т.е. процесс разделения не участво- ваших в кроссинговере и негомологичных партнеров. Считается, что этот ген играет важную роль в гомологичном спаривании, но не обязательно в инициировании этого процесса.
Б И О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
1446 П РА Й Д , ЛЬЮ И С
2 kb
Chromosomal Unique
1 -30 kb blocks of homology I L/I R /V III R
I I R /V II RI I I L/XI R
I I I R /X II RIV L/X R
V L/XIV RV I IVXIV LV I I L/IX R
IX L/X L/XV LX I I I R/XV R/XVI L
Multigene families PAU, ERR MAL, MEL
many others
Core X :A RS consensus Abflp binding site others motifs
Y elements (0-4 tandem) 6,2 kb (short) or 6,7 kb (long)2 overlapping O R Fs 36 bp minisatellite A RS consensus TTAGGG repeats
X -Y ' junctions:STR-DSTR-CSTR-B up to 8 tandem copies STR-A TTAGGG repeats Ы4 TGt.3SL/Cand RTM gene families
TG1-3
Рис. 1. Концевые участки хромосом S. cerevisiae состоят из ряда повторяющихся структур, образуя своего рода мозаику. Дана обобщенная картина концевой области хромосомы. Все концы кроме повторов TG i-з реальной теломеры имеют минимальный коровый Х-элемент, содержащий ARS-консенсус. Между теломерой и коровым Х-элсментом может находиться до четырех тандемных копий высококонсервативиого Y'-элемента. Между X и Y' обычно располагаются короткие субтеломерные повторы, представленные различным числом копий и содержащие вырожденные версии теломерного повтора позвоночных - TTAGGG, В этом стыковочном районе находятся разнообразные повторы, включая интрон Ы4 и семейства генов SUC и RTM, На центромерной стороне Х-элемента расположены более крупные и менее дисперсные повторы длиной до 30 т.п.н. Внутри этих повторов встречаются открытые рамки считывания генов семейства PAU, а также семейств MAL, MEL и многих других. Наибольшая гомология по первичной структуре наблюдается у последовательностей, находящихся в месте стыковки Х-элемента и смежных районов, уменьшаясь по мере удаления от Х-элемента. Х-Элементы негомогенны между собой, имея среднее значение дивергенции 15-20%
Теломеросвязанные последовательности или субгеломерная область
На концах хромосом S. cerevisiae был обнаружен ряд повторяющихся последовательностей [3,4]. Некоторые из них представляют собой открытые рамки считывания или ORF (Open Reading Frames), другие - некодирующие последовательности. В целом существует множество различных повторов на любом рассматриваемом конце, различающихся от одной концевой области к другой и от одного штамма к другому [3]. Благодаря этой сложной смеси и, очевидно, динамической природе этой области трудно оценить обычные и, возможно, функциональные компоненты субтело мерного района. Картину типичного хромосомного конца у дрожжей можно получить путем сравнения всех концевых хромосомных последовательностей (рис. 1).
Y'-Элементы высококонсервативны и хорошо охарактеризованы, однако их происхождение и функция до сих пор неизвестны [3]. Они
найдены в двух основных размерных классах и содержат две перекрывающиеся открытые рамки считывания - ORF. В их состав входят также ARS-консенсус и TTAGGG-повторы на дистальном конце, которым оканчивается хромосома (рис. 1). Между X- и Y'-элементами находятся меньшие последовательности, комбинация которых найдена в большинстве концов. Эти субтеломерные повторы или STR (Subtelo- meric Repeat) содержат вырожденные варианты теломерных повторов позвоночных TTAGGG, которые представляют собой сайт связывания теломерных факторов в гене неизвестной функции - TBF1 [79, 80]. В одном случае один из этих STR-элементов найден в тандемном множестве в виде по меньшей мере восьми идентичных копий [63]. У двух штаммов имеется часть четвертого интрона митохондриального цитохрома b [81]. Этот интрон и его контекст в STR согласуются с возможностью транспозиции в это положение. В обоих штаммах он
БИ О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
ТЕЛ О М ЕРЫ S a c c h a ro m y c e s cerev isiae 1447
представлен в виде двух копий. Локализация одной из них одинакова, а расположение другой копии индивидуально в каждом штамме, что объяснимо единичной транспозицией с последующими раздельными рекомбинационными дупликациями.
Консервативные элементы и структуры
До последнего времени мозаичность суб- геломер препятствовала пониманию структуры этого региона. В настоящее время, когда определена первичная структура всех концов хромосом у одного штамма [8] и имеются сведения о концевых районах других штаммов и даже близкородственных видов, мы, наконец можем построить более ясную картину структуры концов хромосом. Консервативные элементы последовательности можно найти в мозаике субтеломерных последовательностей. По мере получения новых данных о первичной структуре дрожжевого генома информация о коровом Х-элементе постоянно уточнялась [63, 82]. В настоящее время он определяется как последовательность из 475 пар нуклеотидов, расположенная внутри большинства концевых районов (29 из 32 являются практически полноразмерными, 31 из 32 имеют ARS и Abflp-связываю- щие сайты) и в минимальной форме (по крайней мере в виде ARS-консенсусов) представленная на всех хромосомных концах. Внутри полноразмерного элемента помимо ARS-консенсуса и Abflp-связывающего сайта существует несколько других консервативных мотивов.
Коровый Х-элемент и смежные меньшие STR- элементы подразделяют субтеломерные области дрожжей на два домена. Дистальный домен состоит в основном из тандемных множеств Y'-элементов, которые высококонсервативны и найдены на многих концах, но полиморфны по расположению у различных штаммов, тогда как проксимальный (локализованный ближе к центромере) домен состоит из более длинных гомологичных трактов, найденных только на нескольких концах. Интересно отметить, что идентичность первичной структуры с каждой стороны Х-элемента составляет -100% для гомологичных концов, но сам Х-элемент гомологичен в среднем только на 85% (рис. 1). Идентичность фланкирующих гомологичных последовательностей понижается с увеличением расстояния от Х-элемента. В человеческих те- ломерах существует та же общая структура двух доменов с различным количеством копий и гомологией свойств вдоль длины субтеломер- цого тракта, причем домены разделены маленьким районом, содержащим вырожденные
TTAGGG-повторы и потенциальный ориджин репликации [9]. Консервативные структуры могут указывать на консервативность функции (или функций) двухдоменного субтеломерного участка или на необходимость присутствия разграничивающего элемента.
Имеется свидетельство того, что Х-элемент действительно функционален. Х-Элемент стабилизирует плазмиды, содержащие как центромеры, так и теломеры. Мутации в ARS или Abflp-связывающих сайтах разрушают эту стабильность [83]. Впрочем, не существует явного дефекта стабильности хромосомы, не имеющей Х-элемента ([84]; Прайд и Льюис, неопубликованные данные). Однако он может выполнять другие функции. Если Х-элемент ориентирован в направлении конца теломеры и экспрессируется, то он вызывает остановку клеточного цикла [85]. Хотя у большинства Х-элементов не найдено открытой рамки считывания, это указывает на некую возможную роль молекул РНК Х-элемента либо на связывание с этими молекулами РНК каких-то незаменимых факторов клеточного цикла, которые в результате связывания теряют способность к нормальной локализации. То, что регион теломеры, включая Х-элемент, высоко экспрессируется при вступлении клетки в мейоз, означает, что экспрессия Х-элемента может иметь биологическое значение [3]. Х-Элемент также является предпочтительной мишенью для интеграции Ту5-рет- ротранспозона [86]. Это предпочтение для интеграции Ту5 не зависит от близости расположения собственно теломеры (т.е. последовательности (TGi -з),,), так как этот процесс эффективен для тех Х-элементов, которые фланкированы с конца хромосомы по крайней мере одним Y'-элементом, отдаляющим теломеру по меньшей мере на 6 тыс. пар нуклеотидов (т.п.н.) [87]. У родственного вида S. paradoxus, где Ту5 активны в некоторых штаммах, наблюдается такое же предпочтение, причем Х-последова- тельности, по всей видимости, консервативны в отношении фланкирующей их ДНК [87].
Х-Элемент может выполнять и другие функции, когда он внедряется в структуру хроматина и архитектуру данного района. При измерении транскрипционного молчания маркерных генов, находящихся внутри и около нативных субтеломерных последовательностей, оказалось, что эффект невелик, если только маркер не встроен в собственно теломеру или ARS-элемент (Прайд и Льюис, неопубликованные данные). Х-Эле- мент и его предполагаемые связывающие факторы могут быть регуляторами уровня транскрипционного молчания. Дополнительная роль Х-элемента может заключаться в его способ
Б И О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
1448 П РА Й Д , ЛЬЮ И С
ности служить рекомбинационным барьером между теломерными последовательностями и остальным геномом (см. ниже). Теломерные последовательности могут эффективно рекомбинировать друг с другом, приводя к транслокационным обменам между теломерами без всякого негативного эффекта. Они отделены от интерстициальных гомологичных последовательностей, так что подавляются негативные последствия рекомбинации (Хюкле и Льюис, неопубликованные данные). В некоторых случаях, когда Х-элемент удален, этот барьер понижается (Прайд и Льюис, неопубликованные данные).
Семейства генов
Имеется ряд мультигенных семейств, которые существуют исключительно или преимущественно в субтеломерных участках [3]. Наиболее известны и лучше всего изучены различные гены, контролирующие использование углерода как источника питания, а именно такие семейства, как SUC, MAL и MEL. У каждого семейства свои свойства. Существует ряд других генных семейств, которые охарактеризованы в меньшей степени в смысле происхождения, функций и изменчивости в популяции.
Семейство генов SUC представлено в нескольких локусах, причем все они за исключением SUC2 находятся в субтеломерной области между X- и Y '-элементами [88, 89]. SUC2-reH на хромосоме IX найден во всех штаммах S. се- revisiae, хотя во многих случаях в виде функционирующего аллеля [90]. Полагают, что другие локусы распределяются между различными концами хромосом благодаря эктопической рекомбинации [89]. Интересно, что те штаммы, которые содержат много SUC-генов, не содержат ни одного MEL-гена [90] и, наоборот, штаммы MEL+ не имеют SUC-генов (за исключением suc2). Это различие может отражать адаптацию к различным средам, из которых эти штаммы выделены (см. ниже). Со многими SUC-генами в тесной связи находится новое мультигенное семейство RTM, которое ответственно за резистентность к токсичной мелассе во многих ситуациях пивоварения [91]. Это семейство было обнаружено у всех пивных штаммов и лишь в немногих винных штаммах [92], что вновь указывает на возможное адаптивное значение вариаций в зависимости от изменения окружающей среды. RTM всегда находится вместе с SUC-семейством, но никогда рядом с SUC2- локусом.
Семейство генов MAL состоит из пяти локусов, каждый из которых содержит три или четыре гена, кодирующих функции метаболиз
ма мальтозы. Каждый из этих генов расположен в субтеломерной области, хотя в этом случае все они расположены со стороны Х-района, ближней к центромере [93, 94]. Один из локусов существует в виде большого тандемного множества в районе, содержащем три гена [95]. Каждый штамм S. cerevisiae, так же как и родственноблизкие S', paradoxus, имеют MALI-локус, однако во многих случаях только один из трех генов функционален и штаммы не способны сбраживать мальтозу [96]. В тех экспериментах, где были обнаружены специфические конститутивные мутации, открыто участие эктопических взаимодействий с критическими локусами, гомологичными MAL-генам [97, 98]. Как и с SUC-локусами, рекомбинация между концами хромосом, по видимому, участвует в распространении и амплификации этого семейства генов.
Семейство генов MEL сходно с семейством MAL в субтеломерном расположении всех копий проксимально к Х-элементу [99, 100]. Однако в этом случае существует большое количество штаммов без гомологии по первичной структуре с MEL-генами [101-103]. MEL-Гены найдены в родственных видах, причем некоторые из них были клонированы и охарактеризованы по первичной структуре [104]. Уровень дивергенции MEL-генов соответствует расхождению в последовательностях других генов, но оказалось, что темп мутирования MEL-генов отличается. Отношение транзиции к трансверсии в трех парах гомологов S. cerevisiae и S. paradoxus составляет около 3,5 : 1, тогда как это же значение для MEL-генов составляет только 1,7 : 1, что указывает либо на более значительный возраст расхождения этих генов в эволюции, либо на различные скорости или типы мутаций MEL-генов. Это различие могло бы быть объяснено тем, что эти гены относятся к мультигенному семейству, или тем, что они расположены в субтеломерной области. Сравнение последовательностей субтеломерных районов приводит к выводу, что мутации в данной области отличаются по темпу или по типу [104].
У дрожжей есть и другие повторы в теломерных областях, в частности Ту5-элементы и длинные концевые повторы или LTR [86]. Эти ретроэлементы напоминают TART- и НЕТ-А-элементы, которые поддерживают концы хромосом Drosophila [7]. У многих организмов есть ретроэлементы, расположенные вблизи теломер, и, возможно, они смогут поддерживать стабильность концов хромосом в отсутствие тело- меразы [87]. У Drosophila этот механизм вполне достаточен, так что отсутствие теломеразы не
БИ О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
ТЕЛ О М Е РЫ S a cch a ro m yces cerevisicie 1449
критично и, по всей вероятности, этот механизм адаптивен для условий обитания Drosophila.
Рекомбинационная и эволюционная динамика
Рекомбинационный обмен между концевыми участками хромосом дрожжей имеет огромное значение. Эти взаимодействия были измерены для Y'-элементов [63, 105]. Гомогенизация последовательностей объясняется значительным уровнем рекомбинации в вегетативных клетках, однако простые модели не могут объяснить поддержание двух размерных классов. Одна из возможных причин этого заключается в том, что рассматриваемая рекомбинация является в высокой степени неслучайным процессом, который допускает гомогенизацию последовательностей внутри данного класса и лишь некоторые взаимодействия между классами, но отнюдь не полное вытеснение одного класса другим. Это неслучайное взаимодействие не зависит от типа последовательности Y'-элемента, а определяется специфическими концевыми районами. В настоящее время, когда весь дрожжевой геном секвенирован, ясно, что неслучайный выбор рекомбинационных партнеров полностью коррелирует с проксимальными к Х-элементу общими последовательностями гомологов.
Сравнение упомянутых последовательностей с обеих сторон от Х-элемента и последовательностей, фланкирующих мультигенные семейства SUC, MAL и MEL, указывает на то, что рекомбинационная динамика этих областей не проста и может включать незаконные взаимодействия или рекомбинацию между очень короткими трактами гомологии. Х-Элемент оказывается пограничным элементом для процессов гомогенизации, которые происходят с обеих сторон от него. По всей видимости, существует также рекомбинационная граница между последовательностями, расположенными вблизи те- ломеры, и остальным геномом (см. выше), куда входит множество генов (Тимбрел, Хюккель, Андервуд, Горам, Борте и Льюис, готовится к печати), за исключением SIR-генов.
У многих организмов субтеломерные регионы используются для создания генных вариаций, используемых в адаптивных целях. Это наиболее очевидно в случае паразитов и патогенов, которые должны ускользнуть от иммунной системы клетки хозяина. На примере S. cerevisiae мы видим теперь, что данная область адаптивна к различным условиям окружающей среды (например, MEL в сравнении с SUC) и что различные генетические изменения образуются с помощью механизмов рекомбинации, аналогичных механизмам, известным для
Trypanosomes и Plasmodium (MAL-гены). Способность дрожжей изолировать теломерные области от остального генома открывает возможности для рекомбинации диспергированных последовательностей в одном домене без каких- либо неблагоприятных последствий, тогда как остальной геном не затрагивается такой рекомбинацией. Свидетельство такого разделения на два домена можно получить из сравнения последовательностей членов мультигенных семейств, таких как семейство PAU [106], некоторые члены которого локализованы интерстициально, а другие находятся в субтеломерной области (рис. 2).
Общая модель ядра и архитектура теломер
Суммарные данные об образовании теломерных кластеров, скоплений, т.е. фокусов теломерных белков, межъядрышковых взаимодействий и распределении факторов сайленсинга, т.е. транскрипционного молчания, а также рекомбинационных взаимодействий приводят к обобщенному взгляду на субъядерную организацию теломер (рис. 3). Эта физическая модель может объяснить наблюдаемые рекомбинационные взаимодействия, включая неслучайный выбор партнеров, явный барьер в виде Х-элемента для гомогенизации последовательностей справа и слева от него и безусловную изоляцию теломерных районов от остального генома. Ядерная структура, включающая белки, связанные с те- ломерой, и теломероассоциированные последовательности, такие как X, могут образовывать физически жесткую структуру, создающую условия для феномена рекомбинации. Эта модель также может объяснить отсутствие мейо- тических двухцепочечных разрывов, ибо последовательности в данном районе тесно связаны в рассматриваемые структуры и не доступны для действия нуклеаз.
Эта структура может также объяснить различия между теломерными эффектами положения, наблюдаемыми в искусственно укороченных и природных теломерах. Первые только временно связаны через белок-белковые взаимодействия с другими теломерами, тогда как природная теломера вмонтирована как элемент ядерной архитектуры. Возможно, состояние «ВЫКЛ» наблюдается в случае, когда укороченная теломера находится в кластере, в то время как состояние «ВКЛ» характерно для теломеры, неассоциированной с кластером.
Итак, очевидно существует ряд свойств теломер, которые важны для клетки и выходят за рамки защиты концов от деградации или слияния. Ближайшее будущее выглядит многообещающе для выяснения этих свойств и ме-
Б И О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
1450 П РА Й Д , ЛЬЮ И С
Pile. 2. Филогенетическое древо родства кодирующих последовательностей и фланкирующей последовательности длиной 75 пар оснований всех 22 членов семейства PAU. Древо построено с помощью компьютерной программы Mqgalign™ фирмы «DNAstar» и метода Клусталя. Существуют три интерстициальных или вставочных члена (**) э того семейства, причем два из них, как следует из диаграммы, наиболее дивергентны. Если учитывать более длинные фланкирующие последова тельности, то третья интерстициальная копия становится третьим наиболее дивергентным элементом. Это родство последовательностей согласуется р субтрломерной гомогенизацией, тогда как интерстициальные копии эволюционируют независимо, не взаимодействуя друг с другом или р субтеломерными копиями
Nucleus
larger duplication? AaS Abflp Tbflpnternal to Xv , j T G ^
' У'*'" ■
Intra-andinter-clusterrecombination
Silencing factors SIRS, SIR3, SIR4 RAP1, others
Anchoring factors PAP1, others
Рис. 3. Схема архитектуры ядра. Теломеры, вероятно, расположены в виде кластеров вблизи периферии ядра. Эти кластеры последовательностей локализованы там же, где и скопления (фокусы) белков, участвующих в сайлецсинге или транскрипционном молчании. Фокусы могут перераспределяться в пределах ядра в процессе старения или в результате определенных мутаций. Заякоривание теломерных кластеров на ядерной структуре, по-видимому, не зависит отфакторов сайленсинга и для этого могут использоваться другие белки. Этазаякореиность можетобьяснить некоторые свойства теломерных районов у дрожжей. Сайленсинг вблизи нативных теломер по сравнению с транскрипционным молчанием на укороченных теломерах регулируется более жестко, Это объяснимо кратковременностью удержания укороченных концов теломер. Рекомбинация ограничена для гомологов, но не для эктопически расположенных последовательностей, что может быть обусловлено заякориванисм. Процесс рекомбинации между дистальными и вставочными (интерстициальными) последовательностями подавлен потому, что последовательности не могут свободно перемещаться по ядру, являясь элементами его архитектуры
БИ О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
ТЕЛ О М ЕРЫ S a cch a ro m yces cerev isiae 1451
ханизмов, лежащих в их основе. Важным является вопрос о том, применимы ли уроки, полученные от дрожжей, к жизни в целом. Близкая гомология последовательностей в генах и сходство структур дрожжей и многих других организмов указывают на то, что эти уроки будут иметь общее значение с важными выводами для моделей гетерохроматина, ядерной архитектуры и старения.
В заключение мы хотели бы поблагодарить Рону Борте и Хазеля Горами за комментарии и критические замечания по этрй рукописи. Также хотелось бы выразить благодарность Раймонду Веллингеру, Даниэлю Войтасу, Майклу Дрессеру, Ширлин Роэ дер, Мэтти Короля и Майклу Эйглу за присланные препринты и гранки неопубликованных работ, а также членам лаборатории за использование неопубликованных результатов. Поддержка работы осуществлялась The Wellcome Trust и частично проектами Европейского Союза (EU) по геному дрожжей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ|. Ga|l, J.G. (1995) in Telomeres (Blackburn, E.H., and
Greider, C,W., eds), Cold Spring Harbor, Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, pp. 1—10.
2. Olovnikov, A.M. (1996) Exp. Gerontol., 31, 443-448.3. Louis, E.J. (1995) Yeqst, П , 1553-1573,4. Zakian, V.A. (1996) Ann. Rev. Genet., 30, 141-172.5. Welljnger, R.J., and Sen, D. (1997) Eur../. Cancer, ip press.6. Parduc, M.L. (1994) Curr. Opin. Gene. Dev., 4, 845-850.7. Mason, J.M., and Biessmann, H. ()995) Trends Genet., 11,
58-62.8. Goffeau, A., et al. (1997) Nature, 387, 1-105.9. Flint, J., Bates, G.P., Clark, K., Dorman, A., Willingham,
D., Roe, B.A., Micklem, G., Higgs, D.R., and Louis, E.J. (1997) Human Mol. Genet., in press.
10. Singer, M.S., and Gottschling, D.E. (1994) Science, 266, 404-409.
11. Lendvay, T.S., Morris, D.K., Sah, J., Balasubramanian, B., and Lundblad, V. (1996) Genetics, 144, 1399-1412.
12. Lingner, J., Hughes, T.R., Shevchepko, A., Mann, M,, Lijndblad, V., and Cecil, T.R. (\991) Science, 276,561-567.
13. Lundblad, V„ and Szostak, J.W. (1989) Cell, 57, 633-643.14. Garvik, B., Carson, M., and Hartwell, L. (1995) Mol. Cell
Biol., 15, 6128-6138.15. Nugent, C.I., Hughes, T.R., Lue, N.F., and Lundblad, V.
(1996) Science, 274, 249-252.16. Lin, J .J., and Zakian, V.A. (1996) Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 93, 13760-13765.17. Porter, S.E., Greenwell, P.W., Ritchie, K.B., and Petes, T.D.
(1996) М/с/. A cids Res,, 24, 582-585.18. Boulton, S.J., and Jackson, S.P. (1996) Nucl. Acids Res., 24,
4639-4648.19. Morrow, D.M., Tagle, D.A., Shiloh, Y., Collins, F.S., and
Hieter, P. (1995) Cell, 82, 831-840.20. Greenwell, P.W., Kronmal, S.L., Porter, S.E., Gassenhu-
ber, J., Obermaier, B., and Petes, T.D. (1995) Cell, 82, 823-829.
21. Adams, A.K., and Holm, C. (1996) Mol. Cell Biol., 16, 4614-4620.
22. Carson, M.J., and Hartwell, L. (1985) Cell, 42, 249-257.23. Dionne, L, and Welllnger, R.J. (1996) Proc, N atl Acad. Sci.
USA, 93, 13902-13907.
24. Wellinger, R.J., Ethier, K., Labrecque, P., and Zakian, V.A.(1996) Cell, 85, 423-433.
25. Kyrion, G., Boakye, K.A., and Lustig, A.J. (1992) Mol. Cell. Biol., 12, 5159-5173.
26. Bilaud, T., Koering, C.E., Binet-Brasselet, E., Ancelin, K., Pollice, A., Gasser, S.M., and Gilson, E. (1996) Nucl. Acids Res., 24, 1294-1303.
27. Cooper, J.P., Nimmo, E.R., Allshire, R.C., and Cech, T.R.(1997) Nature, 385, 744-747.
28. vanSteensel, B., and de Lange, T. (1997) Nature, 385,740-743.29. Marcand, S., Gilson, E., and Shore, D. (1997) Science, 275,
986-990.30. Krauskopf, A., and Blackburn, E.H. (1996) Nature, 383,
354-357.31. Li, B.B., and Lustig, A.J. (1996) GenesDer,, 10,1310-1326.32. Lundblad, V., and Blackburn, E.H. (1993) Cell, 73,347-360.33. McEachern, M.J., and Blackburn, E.H. (1996) Genes Dev.,
10, 1822-1834.34. Wright, J.H., Gottschling, D.E., and Zakian, V.A. (1992)
Genes Dev., 6, 197-210.35. Wright, J.IT, and Zakian, V.A. (1995) Nucl. Acids Res., 23,
1454-1460.36. Gottschling, D.E. (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89,
4062-4065.37. Braunstein, M., Rose, A.B., Holmes, S.G., Allis, C.D., and
Broach, J.R. (1993) Genes Dev., 7, 592-604.38. Braunstein, M,, Sobel, R.E., Allis, C.D., Tuner, B,M., and
Broach, J.R. (1996) Mol. Cell Biol., 16, 4349-4356.39. Gottschling, D.E., Aparicio, O.M., Billington, B.L., and
Zakian, V.A. (1990) Cell, 63, 751-762.40. Aparicio, O.M., Billington, B.L., and Gottschling, D.E.
(1991) Cell, 66, 1279-1287.41. Renauld, H., Aparicio, O.M., Zierath, P.D., Billington, R.L.,
Chhgblani, S.K., and Gottschling, D.E. (1993) Genes Dev., 7,1133-1145.
42. Aparicio, O.M., and Gottschling, D.E. (1994) Genes Dev., 8,1133 1146.
43. Mm1™ , E.R., Cranston, G., and Allshire, R.C, (1994) EMBOJ-, 13, 3801-3811.
44. Hardy, C.F., Sussel, L., and Shore, D. (1992) Genes Dev., 6, 801-814.
45. Wotton, D., and Shore, D. (1997) Genes Dev., 11, 748-760.46. Chi, M.H., and Shore, D. (1996) Mol. Cell Biol., 16,
4281-4294.47. Shore, D. (1995) in Telomeres (Blackburn, E.H., and Grei
der, C.W., eds), Cold Spring Harbor, Laboratory Press, Cold Spring Harbor, pp. 139-192.
48. Palladino, F,, and Gasser, S.M. (1994) Curr. Opin, Cell. Biol., 6, 373-379.
49. Rundlett, S.E., Carmen, A.A., Kobayashi, R., Bavykin, S., Turner, B.M., and Grunstein, M. (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 14503-14508.
50. DeRubertis, F., Kadosh, D., Henchoz, S., Pauli, D., Reuter, G., Struhl, K., and Spierer, P. (1996) Nature, 384,589-591.
51. Vannier, D., Balderes, D., and Shore, D. (1996) Genetics, 144, 1343-1353.
52. Ehrenhofer-Murray, A.E., Rivier, D.H., and Rine, J. (1997) Genetics, 145, 923-934.
53. Moazed, D., and Johnson, A.D. (1996) Cell, 86, 667-677.54. Fox, A.F., Ehrenhofer-Murray, A.E., Loo, S., and Rine, J.
(1997) Science, 276, 1547-1551.55. Wu, T.C., and Lichten, M. (1995) Genetics, 140, 55-66.56. Ohta, K„ Shibata,T., and Nicolas, A. (1994) EMBOJ., 13,
5754-5763.57. Wu, T.C., and Lichten, M. (1994) Science, 263, 515-518.58. Klein, S., Zenvirth, D., Sherman, A., Ried, K., Rappold, G.,
and Simchen, G. (1996) Nature Genet., 13, 481-484.59. Zenvirth, D., Arbel, T , Sherman, A., Goldway, M., Klein, S.,
and Simchen, G. (1992) EMBO J., 11, 3441-3447.60. Louis, E.J. (1997) in Methods in Microbiology: Yeast Gene
Analysis (Tuite, M.F., and Brown, A.J.P., eds), Academic Press, in press.
Б И О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
1452 П РА И Д, ЛЬЮ ИС
61. DeStcensma, Н., deJonge, P.,Kaptein, A., and Kaback, D.B. (1989) Curr. Genet., 16, 131-137.
62. Horowitz, H., Thorburn, P., and Haber, J.E. (1984) Mol. Cell Biol., 4, 2509-2517.
63. Louis, E.J., Naumova, E.S., Lee, A., Naumov, G., and Haber, J.E. (1994) Genetics, 136, 789-802.
64. Palladino, F., Laroche, T., Gilson, E., Axelrod, A., Pillus, L., and Gasser, S.M. (1993) Cell, 75, 543-555.
65. Klein, F., Laroche, T., Cardenas, M.E., Hofmann, J.F., Schweizer, D., and Gasser, S.M. (1992) J. Cell Biol., 117, 935-948.
66. Konlcel, L.M.C., Enomoto, S., Chamberlain, E.M., Mccu- nezierath, P., lyadurai, S.J.P., and Berman, J. (1995) Proc. Nall. Acad. Sci. USA, 92, 5558-5562.
67. Enomoto, S., McCune-Zierath, P.D., Gerami-Nejad, M., Sanders, M.A., and Berman, J. (1997) Genes Dev., 11, 358-370.
68. Gotta, M., Laroche, T., Formenton, A,, Maillet, L., Scher- than, FL, and Gasser, S.M. (1996) J. Cell Biol., 134, 1349-1363.
69. Mirabella, A., and Gartenberg, M.R. (1997)E M B O J., 16, 523-533.
70. Kennedy, B.K., and Guarente, L. (1996) Trends Genet., 12, 355-359.
71. Shore, D. (1995) Cun. Biol., 5, 822-825.72. Wright, W.E., and Shay, J.W. (1992) Trends Genet., 8,193-197.73. Kennedy, B.K., Austriaco Jr., N .R ., Zhang, J., and
Guarente, L. (1995) Cell, 80, 485-496.74. D'Mello, N.P., and Jazwinski, S.M. (1991)./. Bacteriology,
173, 6709-6713.75. Smeal, T., Claus, J., Kennedy, B., Cole, F., and Guarente, L.
(1996) Cell, 84, 633-642.76. Kennedy, B.K., Gotta, M., Sinclair, D.A., Mills, K.,
McNabb, D.S., Murthy, M., Pak, S.M., Laroche, T., Gasser, S.M., and Guarente, L. (1997) Cell, 89, 381-391.
77. Chua, P.R., and Roeder, G.S. (1997) Genes Dev., in press.78. Conrad, M.N., Dominguez, A.M., and Dresser, M.E. (1997)
Science, in press.79. Brigati, C., Kurtz, S., Balderes, D., Vidali, G., and Shore, D.
(1993) Mol. Cell Biol., 13, 1306-1314.80. Liu, Z., and Туе, B. (1991) Genes Dev., 5, 49-59.81. Louis, E.J., and Haber, J.E. (1991) Curr. Genet., 20, 411-415.82. Pryde, F.E., Huckle, T.C., and Louis, E.J. (1995) Yeast,
11, 371-382.
83. Enomoto, S., Longtine, M.S., and Berman, J. (1994) Genetics, 136, 757-767.
84. Murray, A.W., and Szostak, J.W. (1986) Mol. Cell Biol, 6, 3166-7312.
85. Akada, R., Yamamoto, J., and Yamashita, I. (1997) Mol. Gen. Genetics, 254, 267-274.
86. Zou, S., Wright, D.A., and Voytas, D.F. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 920-924.
87. Zou, S., Kim, J.M., and Voytas, D.F. (1996) Nucl. Acids Res., 24, 4825-4831,
88. Carlson, M., and Botstein, D. (1983) Mol. Cell Biol., 3,351 -359.89. Carlson, M., Celenza, J.L., and Eng, F.J. (1985) Mol. Cell
Biol., 5, 2894-2902.90. Naumov, G.I., Naumova, E.S., Sancho, E.D., and Kor-
hola, M.P. (1996) FEMS Microbiol. Lett., 135, 31-35.91. Ness, F., and Aigle, M. (1995) Genetics, 140, 945-956.92. Denayrolles, M., Pinto de Villechenon, E.,Lonvaud-Funel, A,,
and Aigle, M. (1997) Curr. Genetics, in press.93. Charron, M.J., and Michels, C.A. (1988) Genetics, 120,83 -93.94. Charron, M.J., Read, E., Haul, S.R., and Michels, C.A.
(1989) Genetics, 122, 307-316.95. Michels, C.A., Read, E., Nat, K., and Charron, M.J. (1992)
Yeast, 8, 655-665.96. Naumov, G.L, Naumova, E.S., and Michels, C.A. (1994)
Genetics, 136, 803-812.97. Gibson, A.W., Wojciechowicz, L.A., Danzi, S., Zhang, B.,
Kim, J.H., Hu, Z., and Michels, C.A. (1997) Genetics, in press.98. Wang,J.F., and Needleman, R. (1996)Genetics, 142,51-63.99. Naumov, G., Turakainen, H., Naumova, E., Aho, S., and
Korhola, M. (1990) Mol. Gen. Genet., 224, 119-128.100. Turakainen, IT, Nauihov, G., Naumova, E., andKorhola, M.
(1993) Curr. Genet., 24, 461-464.101. Turakainen, IT, Aho, S., and Korhola, M. (1993) Appl.
Environ. Microbiol., 59, 2622-2630.102. Naumov, G.L, Naumova, E.S., and Korhola, M.P. (1995)
FEMS Microbiol. Lett., I l l , 41-45.103. Naumov, G.L, Naumova, E.S., Turakainen, H., and Kor
hola, M. (1996) Genet. Res. Camb., 67, 101-108.104. Naumova, E.S., Turakainen, H., Naumov, G.I., and Kor
hola, M. (1996) Mol. Gen. Genetics, 253, 111-117.105. Louis, E.J., and Haber, J.E. (1990) Genetics, 124, 547-559.106. Viswanathan, M., Muthukumar, G., Cong, Y.S., and Le-
nard, J. (1994) Gene, 148, 149-153.
Saccharomyces cevevisiae TELOMERES
F.E. Pryde, E.J. LouisInstitute o f Molecular Medicine, John Radcliffe Hospital, Oxford OX3 9DS; fax: +44- (0) 1865-222309,
E-mail: elouis@worf.molbiol.ox.ac.uk
Submitted July 16, 1997
Recent work has yielded considerable information concerning the structure and function of telomeres and their associated sequences in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. The structure and maintenance of telomeres depends not only on the RNA template and the catalytic subunit of telomerase, but on a number of other proteins. These include proteins involved in assessing DNA damage and cell cycle regulation. There are also non-telomerase mediated processes involved in the normal maintenance of telomeres. In addition to proteins involved in telomere maintenance, there are a number of other proteins involved in the chromatin structure of the region. Many of these proteins have roles in silencing, ageing, segregation and nuclear architecture. The structure of the subtelomeric regions has been well characterised and consists of a mosaic of repeats found in variable copy numbers and locations. Amidst the variable mosaic elements there are small conserved sequences found at all ends that may have functional roles. Recent work shows that the subtelomeric repeats can rescue chromosome ends when telomerase fails, buffer subtelomerically located genes against transcriptional silencing, and protect the genome from deleterious rearrangements due to ectopic recombination. Thus the telomeres of yeast have a variety of roles in the life of the yeast cell beyond the protection of the ends and overcoming the end replication problem associated with linear molecules.
KEY WORDS: telomeres, subtelomeric repeats, telomere associated sequences, telomere position effect, position effect variegation, silencing, ageing, senescence, telomere clustering, nuclear architecture.
БИ О Х И М И Я том 62 вып. 11 1997
Recommended