У эукариотических организмов (к которым относится и человек) молекулы ДНК заключены в плотную оболочку ядра и представляют собой линейные молекулярные цепи. Из-за специфического механизма работы ДНК-полимераза не может подобраться к концам ДНК, а потому прерывает синтез. Таким образом, с каждым циклом деления возникает опасность укорочения самой главной молекулы в клетке. Однако этого не происходит, поскольку концы хромосом образуют специальные ДНК-белковые структуры — теломеры. Эти комплексы не несут работающих генов и выполняют защитную функцию, сохраняя ДНК длинной и пригодной для синтеза новых копий.
Для того чтобы теломеры защищали ДНК от вырождения, необходим еще один компонент — теломераза. Этот фермент удлиняет концевые участки, недоступные для ДНК-полимеразы. Теломераза состоит из белковой части, выполняющей синтез, и РНК, служащей матрицей для удлинения концов. Большинство клеток организма утрачивает фермент, когда становится клетками определенной группы (печени, мышц и т.д.), и с каждым делением их хромосомы становятся немного короче. Это старит организм. Теломераза активно работает на самых ранних этапах развития организма, при формировании половых клеток, а также в раковых опухолях.
Синтез входящего в состав теломеразы РНК-компонента осуществляет РНК-полимераза, и для этого необходимо большое количество ядерных белков. Ученые предположили, что один из участников процесса у человека — многокомпонентный белковый интегратор. Он регулирует образование зрелых специфических РНК, структурно схожих с теломеразной, прерывая синтез сразу после появления желаемого продукта. В клетках дрожжей его аналог вовлечен в регуляцию синтеза теломеразной РНК.
Исследование эффективности синтеза теломеразной РНК показало, что интегратор — ключевой регулятор этого процесса у человека. В клетки почки эмбриона внедрили генетические конструкции, содержащие различные регуляторные последовательности, ген РНК теломеразы и ген флуоресцентного белка. Часть регуляторных последовательностей взаимодействовала с интегратором, а часть — нет. Если интегратор контактировал с регуляторной последовательностью, то процесс синтеза останавливался сразу после образования РНК теломеразы, и, значит, флуоресцентный белок не накапливался — свечения не было. Если же интегратор не взаимодействовал с сигнальной последовательностью, то биосинтез продолжался, и клетки ярко светились зеленым. Этот комплекс узнает начало гена и уже на стадии синтеза привлекает различные белки, участвующие в дальнейшем созревании или разрушении РНК теломеразы.
«Клетки, активируя теломеразу, могут проходить большее число делений. РНК — один из основных компонентов теломеразного комплекса. Понимание механизмов ее синтеза можно использовать как для разработки подходов к терапии онкологических заболеваний, так и в области исследований по увеличению продолжительности жизни», — рассказывает руководитель проекта доцент Химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова Мария Рубцова.