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