Тема 13: репликация и репарация ДНК

Метилирование ДНК 
После репликации ДНК происходит ее метилирование - важная ковалентная 
модификация, необходимая для регуляции активности генов. 
Субстратом метилирования ДНК является цитозин (метильна группа 
присоединяется к пятому атому кольца с образованием 5-метилцитозина. Процесс 
тканеспецифического метилирования ДНК является результатом двух процессов: 
поддержание метилированного статуса после репликации и метилирования de novo. 
Поддерживающая ДНК-метилтрансфераза срабатывает в течение 1-2 минут 
после репликации: две дочерние молекулы ДНК содержат родительскую цепь ДНК и 
синтезированную цепь, где цитозин не является метилированным. Фермент узнает 
такие полуметилированные динуклеотидные контакты и восстанавливает симметрию 
относительно метилирования. За счет этого процесса места метилирования 
воспроизводятся в дочерних клетках, которые являются, вместе с восстановлением 
модификаций гистонов, одним из важных механизмов эпигенетического наследования. 
Другие ДНК-метилтрансферазы осуществляют метилирование ДНК de novo. 
Особенно важен этот процесс на ранних стадиях эмбрионального развития, когда ДНК 
является тотально деметилированной. В процессе дифференциации осуществляется 
массовое метилирование ДНК, что определяет специфическое выключение 
определенных 
групп 
генов 
в 
специализированных 
клетках. 
Кроме 
того, 
деметилирование возможно и в дифференцированных клетках, где метилтрансферазы 
используются для восстановления метилированного статуса.
Удлинение концов эукариотической хромосомы 
Характерное отличие эукариотической хромосомы заключается в том, что она, в 
отличие от прокариотической, линейная - имеет два конца. Вследствие этого на 3'-
концах матричных цепей ДНК остаются одноцепочечные хвосты: два РНК-праймера. 
Одноцепочечные хвосты подвергаются быстрой нуклеазной деградации и после каждой 
репликации хромосома должна укоротиться. 
Концевые участки ДНК эукариотической хромосомы - теломеры - состоят из 
небольших элементов последовательности, которые тандемно повторяются (теломерные 

---

115 
повторы). Удлинение теломер после репликации осуществляется с помощью 
специального фермента - теломеразы, которая является РНК-зависимой ДНК-
полимеразой. РНК-матрица входит в состав самого фермента и содержит участок, 
комплементарный теломерному повтору. Используя этот участок в качестве матрицы и 
3 'конец как праймер, теломераза пошагово достраивает к 3'-концу несколько копий 
теломеразного повтора. Далее удлиненный одноцепочечный хвост используется как 
матрица для синтеза другой цепи по обычному репликативному механизму. Удаление 
РНК-праймера после этого не является проблемой, так как хромосома уже является 
удлиненной. 
Теломераза активна в развивающихся и злокачественно трансформированных 
клетках и неактивна - в дифференцированных соматических клетках высших эукариот. 
Соответственно, определенное критическое сокращение теломер, которое происходит в 
таких клетках после нескольких десятков клеточных делений, является одним из 
механизмов активации программы их гибели.