Článek zdůrazňuje nedávné pokroky vědců z Biofyzikálního ústavu AV ČR a CEITEC Masarykovy univerzity v oblasti biologie telomer a telomerázy. Dříve se výzkum zaměřoval hlavně na člověka a modelové organismy, jako jsou nálevník rodu vejcovka (Tetrahymena) a kvasinky. Nedávné studie rostlin, řas a hmyzu však odhalily překvapivé poznatky o evoluci telomer a rozmanitosti/adaptibilitě systémů jejich údržby u různých skupin eukaryot.
K dalšímu čtení v Živě
Jak začínají a končí chromozomy. Rub a líc buněčné nesmrtelnosti (2002, 6)
Čeká nás nástup genové terapie aneb Homo sapiens GMO? (2017, 2)
Bakteriální editační systém ve službách biologie (2017, 2)
Výlet na konec genomu 1. Jak se kopírují telomery (2017, 2)
Výlet na konec genomu 2. Suchozemské rostliny lpí na aktivitě telomerázy (2017, 3)
Sága reverzní transkripce (2017, 3)
Použitá literatura
FAJKUS, Petr, et al. Telomerase RNA in Hymenoptera (Insecta) switched to plant/ciliate-like biogenesis. Nucleic Acids Research, 2023, 51.1: 420-433. doi.org/10.1093/nar/gkac1202
FAJKUS, Petr, et al. Evolution of plant telomerase RNAs: farther to the past, deeper to the roots. Nucleic acids research, 2021, 49.13: 7680-7694. doi.10.1093/nar/gkab545
FAJKUS, Petr, et al. Telomerase RNAs in land plants. Nucleic Acids Research, 2019, 47.18: 9842-9856. doi:10.1093/nar/gkz695
LOGESWARAN, Dhenugen, et al. Monophyletic origin and divergent evolution of animal telomerase RNA. Molecular biology and evolution, 2021, 38.1: 215-228. doi:10.1093/molbev/msaa203
PICH, Uta; FUCHS, Jörg; SCHUBERT, Ingo. How do Alliaceae stabilize their chromosome ends in the absence of TTTAGGG sequences?. Chromosome Research, 1996, 4: 207-213.
PODLEVSKY, Joshua D.; CHEN, Julian J.-L. Evolutionary perspectives of telomerase RNA structure and function. RNA biology, 2016, 13.8: 720-732. doi:10.1080/15476286.2016.1205768
SYKOROVA, Eva, et al. The absence of Arabidopsis‐type telomeres in Cestrum and closely related genera Vestia and Sessea (Solanaceae): first evidence from eudicots. The Plant Journal, 2003, 34.3: 283-291.
ZÁVODNÍK, Michal, et al. Telomerase RNA gene paralogs in plants–the usual pathway to unusual telomeres. New Phytologist, 2023, 239.6: 2353-2366.
This article highlights recent advancements by scientists from the Institute of Biophysics of the Czech Academy of Sciences and CEITEC at Masaryk University in telomere and telomerase biology. Research has hitherto focused mainly on humans and model organisms like Tetrahymena and yeast. However, recent studies on plants, algae, and insects have uncovered surprising insights into the evolution of telomeres and the diversity of telomere maintenance systems across various eukaryotes.
-
Výsledek fluorescenční hybridizace in situ (FISH) chromozomů cibule ku chyňské (Allium cepa) obarvené červeně se zelenými signály telomerové sondy se sekvencí nukleotidů CTCGGTTATGGG. Foto V. Peška
-
Mezi organismy, u nichž byly koncem 30. let 20. století vůbec poprvé pozorovány telomery a jejich ochranná funkce, patří octomilka Drosophila melanogaster. Foto V. Motyčka
-
Mezi organismy, u nichž byly koncem 30. let 20. století vůbec poprvé pozorovány telomery a jejich ochranná funkce, patří kukuřice setá (Zea mays). Foto V. Motyčka
-
Model telomerového systému u člověka a nálevníka vejcovky (Tetrahymena). Porovnání klíčových složek telomer a telomerázy mezi člověkem a vejcovkou ukazuje jednak konzervované proteiny jako TERT, POT1 či komplex CST, které mají společný evoluční původ, a dále složky specifické, které si svou telomerovou úlohu osvojily jen u některých druhů. Upraveno podle: Y. He a J. Feigon (2022)
-
Model struktury lidské telomerázy ukazuje telomerázovou RNA (hTR) jako lešení pro vazbu telomerázové reverzní tran skriptázy (TERT) a dalších podjednotek enzymu, který dokáže prodlužovat konce chromozomů a kompenzovat „nedokončenou práci DNA polymerázy“. Upraveno podle: G. E. Ghanim a kol. (2024)
-
Telomeráza nese ve své RNA informaci o sekvenci telomerové DNA, jež má být přidávána na prodlužované konce chromozomů. Aktivita telomerázy (případně alternativního mechanismu, ALT) se pak stará o patřičnou délku telomerové DNA. Konkrétní sekvence telomerové DNA umožňuje specifickou vazbu telomera- -vazebných proteinů, které společně tvoří ochrannou čepičku chromozomu. Telomerové proteiny jsou důležité i pro zachycení telomerázy na telomerách a umožňují tak prodlužování telomer. Blíže v textu. Orig. P. Fajkus
-
Identifikace telomerázové RNA (TR) na základě předpokladů, že u rostlin a nálevníků mohou mít společný evoluční původ. Abychom tuto hypotézu podpořili, či vyvrátili, bylo nutné identifikovat TR napříč organismy široké skupiny eukaryot označovaných jako Diaphore tickes, zahrnující primárně fotosyntetizující organismy. TR byla v genomech pre dikována na základě znalosti sekvence promotorového elementu USE (který lze zjistit z promotorů jiných a daleko konzervovanějších strukturních nekódujících RNA, ncRNA) a možného templátového místa (které musí nutně odpovídat sekvenci telomerového motivu v daném organismu). Takto predikovaných kandidátních TR byly pro každý genom desítky až tisíce, avšak jen jediný kandidát ukázal významnou strukturně-sekvenční konzervovanost napříč evolucí zkoumaných organismů. Upraveno podle: P. Fajkus a kol. (2021)
-
Přehled skupin se známou TR napříč fylogenezí eukaryot s naznačeným typem promotoru a přepisující RNA polymerázy a typem RNA molekuly. Námi odhalené RNA podjednotky u rostlin a zelených řas (Viridiplantae), řady prvoků a zástupců členovců (Arthropoda) z řad blanokřídlého hmyzu (Hymenoptera) a posléze i u motýlů (Lepidoptera) podstatně mění pohled na spletitou evoluci telomerázové RNA a telomerázy vůbec. Upraveno podle: P. Fajkus a kol. (2023)
-
Odlišné telomerové motivy u čmeláka zemního (Bombus terrestris) a č. lesního (B. sylvestris) umožnily identifikaci jejich TR na základě sekvence templátového místa TR, které odpovídá nějaké cyklické permutaci sekvence telomerového motivu. Jednonukleotidové záměny jsou vyznačeny malými písmeny. Foto P. Šípek
-
Při každém kopírování DNA se koncové části vždy o trochu zkrátí. Představte si, že budete každý den o milimetr menší − přesně to se totiž děje s našimi telomerami při kopírování DNA. Po týdnu ještě nevidíte žádný velký rozdíl, ale co se stane za rok, nebo dokonce po 10 letech? Naštěstí tu je telomeráza, enzym schopný znovu vytvořit ztracenou část našich telomer, čímž nám vrací "ztracenou výšku" a chrání tak naše genetické dědictví. Orig. P. Fajkus
