Концевая недорепликация ДНК. Известно, что ДНК-полимеразы, синтезируя дочернюю цепь ДНК, прочитывают родительскую цепь в направлении от ее 3-конца к 5-концу.
Соответственно дочерняя цепь синтезируется в направлении 5 3. В противоположном направлении синтез цепи ДНК фермент катализировать не может рис. 5. Кроме того, ДНК-полимераза начинает синтез только со специального РНК-праймера короткой РНК-затравки, комплементарной ДНК. После окончания синтеза ДНК РНК-праймеры удаляются, а пропуски в одной из дочерних цепей ДНК заполняются ДНК-полимеразой.
Однако на 3-конце ДНК такой пропуск заполнен быть не может, и поэтому 3-концевые участки ДНК остаются однотяжевыми, а их 5-концевые участки недореплицированными. Отсюда ясно, что каждый раунд репликации хромосом будет приводить к их укорочению. Понятно, что прежде всего должна сокращаться длина теломерной ДНК. Этим-то и объясняется лимит Хейфлика, так как после того, как длина теломерной ДНК становится угрожающе низкой, наступает период кризиса неспособности клетки к дальнейшему делению, а затем и е смерть.
Хотя в культурах клеток in vitro клетки и погибают от укорочения теломер, но для клеток in vivo нормального организма это практически невозможно. Так, согласно недавним наблюдениям Озавы см. Ozawa, T Biosci. Rep. 1997 in press 89 митохондриальной ДНК в митохондриях сердца 97-летнего старика содержали обширные делеции, критичные для репликации и транскрипции. Тем не менее, этот человек умер не от сердечной недостаточности, а от рака желудка. Нетрудно представить себе, что дальнейшее нарастание дисфункции митохондриальной ДНК вс же привело бы старика в недалком будущем к смерти и это вряд ли имело отношение к укорочению ядерной ДНК. Первым на проблему концевой недорепликации ДНК обратил внимание А.М. Оловников в 1971 году. Он высказал гипотезу о том, что потеря концевых последовательностей ДНК вследствие их недорепликации ведет к старению клетки.
Предполагалось, что процесс укорочения теломер и есть тот часовой механизм, который определяет репликативный потенциал смертной клетки, и когда длина теломер становится угрожающе короткой, этот механизм предотвращает дальнейшее деление клетки.
А.М. Оловников предположил также, что в нестареющих клетках а к ним кроме раковых относятся зародышевые, стволовые и другие генеративные клетки должна существовать специализированная ферментативная система, которая контролирует и поддерживает длину теломерной ДНК. Гипотеза А.М. Оловникова нашла убедительное подтверждение в последующие годы. Во-первых, было установлено, что теломеры нормальных то есть обреченных на старение клеток действительно укорачиваются на 50-60 нуклеотидных звеньев при каждом клеточном делении. Во-вторых, в 1984 году Э. Блэкберн и Э. Грайдер выделили фермент, который с помощью механизма, отличного от механизма реакций, лежащих в основе репликации ДНК, синтезирует теломерную ДНК. Этот фермент был назван, теломеразой.