végrész* telomere (telomer) a kromoszómák végződése, tömör kromatinba csomagolt sajátos nukleinfehérje rendszer, amely megóvja a kromoszómákat attól, hogy a DNS-hibajavító rendszer tévesen kettős törésnek nézze, és kivágja vagy vég a véghez egyesítse stb. Vagyis akadályozza a kromoszóma elhajlását, kóros átalakulását, valamint a kóros sejtburjánzást és, a rákosodást is. Az ábrán az osztódó sejt kromoszómáinak végein látható fénylő részek a végrészek. (Forrás: Wikipédia.)

A végrész a végrész-DNS*-ből (telomeric DNA) és a hozzákapcsolódó sajátos fehérjékből, a végrészfehérjékből* (telomeric proteins) tevődik össze:

● Végrész-DNS. Rövid kétszálas fej–láb 5’→3’ irányú TTAGGG ismétletek sokaságából (500–3000 ismétlet, 2–10 kb hosszú) és 3’-végi guaninban gazdag, 50–300 nukleotidot tartalmazó egyszálas túlnyúlásból (overhang) áll. A túlnyúlás visszahajlik a kétszálú DNS-be, és azzal együtt hurkot formál, amelyet visszahajló T-huroknak* nevezünk (fold-back t-loop).

A TTAGGG ismétleteket telomere repetitive DNA sequencesnek nevezik, magyarul: végrészismétletek*. Az ismétletek száma nemcsak az emberek közt eltérő, de az egyénben is változik: a korosodással csökken.

A túlnyúlásban gyakoriak a másodlagos szerkezetek, mint a G-négyesek és az R-hurkok.

▪ A G-négyesek (guaninnégyesek, G-quadruplexes, GQs), amelyek törzsökös másodlagos DNS-mintázatok; az ábrán látható túlnyúlásban három G-négyes van. Kialakulásukat segíti, hogy a túlnyúlás különösen gazdag guaninban; előfordulnak benne sok guanint tartalmazó sajátos ismétletek is, pl. GGGCTA. Jellemző az is, hogy a túlnyúlásban kevés a cisztein.

A G-négyeseknek meghatározó szerepük van túlnyúlás védelmében. Ezek állékony szerkezetek, egymás után kialakulva tömör szerkezetet hoznak létre, így gátolják a túlnyúlás lebontását, vég a vég egyesülését más kromoszómával. A G-négyesek felismerő mintázatok, hozzájuk kapcsolódnak a helikázok és más fehérjék. Gátolják a végrészek telomerázok általi megnyújtását, ekként a ráksejtek elpusztításának célpontjai lehetnek.

▪ Az R-hurokok a végrész-RNS-ek kötődésével jönnek létre. Meglepően sok van a végrészeken, a kettőződésben keletkező hibák, a DNS-törések elhárításában van jelentőségük. Elősegítik a végrészek átrendeződéses hosszabbítását. (→R-hurok, végrészrövidűlés)

A visszahajló T-hurok szintén meghatározó a kromoszómák védelmében; úgymond „lefedi” a végrészt (telomeric capping). A visszahajlás következtében ugyanis a DNS-javító fehérjék nem nézik törésvégnek, és nem bontják le. Gátolja még a kromoszómák elhajlását, az egymással való kapcsolódásukat, átrendeződésüket. A végrész átíródásában, másolódásában valószínűleg nincs szerepe.

Kialakulását elősegítik az ismétletek, ezekhez könnyen kapcsolódnak a túlnyúlás bázisai. A T-hurok nemcsak a túlnyúlást foglalja magában, hanem különböző hosszúságú kétszálas DNS-szakaszt is.

A túlnyúlás bázissoraiban előfordulnak sajátos hibák, mint a 8oxoG, amelyek kettőződési hibákat okozhatnak. (→8oxoG)

● Végrészfehérjék. Hat fehérje, a TRF1, TRF2, POT1, RAP1, TIN2 és a TPP1 képződmény, amelyet védletnek* (shelterin, telosome) nevezünk. (→POT1, RAP1, TIN2, TPP1, TRF1, TRF2)

A védlet fehérjéi eltérően kötődnek a végrészhez. A vázlatos ábrán ez látható.

▪ A TRF1 és a TRF2 kettős formában kötődik a kétszálú DNS-hez a C-végi MYB gomollyal. A kapcsolódás vonzza a RAP1-et, amelyik az egyik TRF2-höz kapcsolódik.

▪ A POT1 sajátosan az egyszálú túlnyúláshoz kötődik, és kettőst képez TPP1-gyel, így fejti ki hatását. A POT1–TPP1 kettős toborozza a telomerázt.

▪ A TIN2 összekapaszkodik a TRF1, TRF2–RAP1, és POT1–TPP1 kettős fehérjékkel.

▪ A TIN2–TPP1–POT1 önállóan – a TRF1-hez és a TRF2-höz való kapcsolódás nélkül – is előfordul, ezért a védlet alegységének tartják.

A végrészen számos védlet van: A TRF1–TRF2–RAPI–TIN2 négyesek szakaszosan kapcsolódnak a kétszálú végrészhez, a POT1 – TPP1 szintén szakaszosan az egyszálúhoz. A kettő csak ott kapcsolódik össze, ahol közel kerülnek egymáshoz; az ábra ilyen helyzetet mutat.

A védlet jelen van minden sejtben, függetlenül a burjánzási állapotától, és megmarad a sejtkör egészében, a védlet oltalmazója. Tevékenysége többrétű:

▪ Állványfehérjeként szolgál más fehérjék kapcsolódásához, pl. a TIN2–TPP1 kapcsolódás toborozza a telomerázt a végrészhez.

▪ Megakadályozza, hogy az ATM és az ATR kinázok a kromoszómavéget tévesen kétszálú DNS-törésnek érzékeljék, és elindítsák a javítási folyamatokat. A TERF1 gátolja a DNS-kettőződési ártmányt (replication stress); TRF2 feltartóztatja az ATM-jelzést és a végegyesítést (non-homologous end-joining, NHEJ); a POT1 pedig az ATR-jelzést akadályozza meg. (→DNS-hibajavítás)

▪ Gátolja a G1–S és a G2–M átmenetet, a sejtöregedést és a sejtvégzetet.

▪ A telomeráz kötésével elősegíti a végrész-DNS hosszabbítását, a TTAGGG ismétletek telomeráz általi hozzákapcsolását, akadályozva a sejtvégek rövidülését, és ezzel befolyásolja a sejt élettartamát:

Az emberi sejtekben ugyanis, kivéve a csírasejteket, az éretlen sejteket és néhány őssejtet, a végrész minden sejtosztódással rövidül; végül olyan röviddé válik, hogy elveszti a védletet, megszűnik a hurok. Az egyenes végeket a DNS-hibajavítók törésnek érzékelik, kapcsolódnak hozzá, és megállítják a sejtkört, nincs további sejtosztódás. A végrészek a hasonmás és/vagy vég–vég egyesítés következtében átalakulnak, nem védik a kromoszómát, beindul a sejtvégzet, a sejt elpusztul. Ezért nevezik a végrészt a sejt biológiai órájának. (→végrészrövidülés)

■ Végrészkromatin. A végrészeket tömör kromatin burkolja, benne a kromatin tömörödés jellemzői, a metilezett H3 és H4 (H3K9me3, H4K20m) gyakoriak. A tömör kromatin védi a végrészeket a hibás átrendeződésektől és gátolja a gének átírását; távhatással is. Ez azt jelenti, hogy a végrész kromatin a közelében (a végrész alatti szakaszban) lévő géneket is némítja. A jelenséget a nemzetközi irodalom telomere position effect (TPE) elnevezéssel illeti, magyarul végrészhatásnak* mondhatjuk. Ennek ismeretében meglepő, hogy a végrész átíródik, végrész-RNS keletkezik.

TERRA (végrészismétleteket tartalmazó RNS*, telomeric repeat-containing RNA) törzsökös RNS, meghatározó szerepe van a végrész hosszának és kromatinjának szabályozásában, valamint a végrész kettőződésében. A végrész kódolja. Változóan, 100 bázistól 9 kb-ig terjedő hosszúságú és UUAGGG ismétletek tartalmazó RNS. Tehát guaninban gazdag RNS, amely – hasonlóan a végrész túlnyúlásához – gyakran képez önmagában is G-négyeseket, de elősegítik az R-hurkok keletkezését is.

A TERRA:

▪ Sajátosan kötődik a végrészhez: a túlnyúlás G-négyesei és a TERRA G-négyesei alakítanak ki molekulaközi kapcsolódást, DNS–RNS felemás G-négyes­* képződmények (DNA RNA hybrid GQ, HGQ) jönnek létre, kivált a túlnyúlás 3’-végén. Ezek a felemás G-négyesek a 3’-végen akadályozzák a túlnyúláshoz való hozzáférést, a telomerázok és más fehérjék kötődését.

A túlnyúláshoz kötődve R-hurkok keletkezhetnek, amelyek háromszálas felemás DNS–RNS szerkezetek.

▪ Képződése összefügg a sejtkörrel (keletkezik a G1- és G2-szakaszban, az S-szakaszban viszont nem) és a kromoszómák állapotával. Ha a végrész rövidül, vagy nem működik megfelelően, a TERRA tevékenysége fokozódik. A végrész túlrövidülésekor vagy a DNS károsodásakor jelzéseket is küld, toboroz kromatinmódosítókat (LSD1 [lizin-demetiláz-1], SUV39H1 [hiszton-3-lizin-9-metiláz]).

▪ Tevékenyen részt vesz a végrészek védelmében, működésében. Szabályozza a végrész hosszát a telomerázok, az exonukleáz-1 féken tartásával, az ALT (alternative lengthening of telomeres) sejtekben pedig az átrendeződés elősegítésével. Óvja a védletet is; kötődnek a POT1–TPP1 kettőshöz.

Az ez idáig nem kódolónak tartott végrész-RNS-ről kiderült, hogy átíródik, a polimeráz-II írja át, valin–arginin vagy glicin–leucin ismétleteket tartalmazó fehérjék keletkeznek RAN átfordítódással. (→RAN átfordítódás) Az olvasókerete kezdő bázishármas (ATG) nélkül fordítódik át. Ezek a fehérjék hatással vannak a sejtek működésére, valószínűleg károsak, de a részletek tisztázatlanok.

végrész alatti szakasz subtelomeric repeats; telomere-associated sequences, TASs a végrész és a kromoszóma sajátos bázissora közötti átmenet. Ismétleteket tartalmazó, változó hosszúságú bázissor; legfeljebb néhány száz bázispár (10–500 kb) nagyságú. Hajlamos átrendeződésre, ezért egyének közt is nagyon különbözik.

A végrész alatti ismétletek neve: subtelomeric repeat elements (SRE). Pontosan nem ismertek, számos kromoszómában hasonlók. A végrész felőli ~200 bázissora CpG-ben (5'–C-phosphate-G–3') gazdag, CpG-szigeteket tartalmaz, amelyek a testi sejtekben, az ébrényi fejlődés korai szakaszában metileződnek, egyféle DNS-metil-transzferáz, a DNMT3B (de novo DNA methyltransferase) kapcsolja a metilcsoportot rájuk. A CpG-szigetek száma a kromoszóma felőli szakaszban mind kevesebb. Ellentétben a testi sejtekkel, az ondósejtekben nem metilezettek ezek a CpG-szigetek. Hasonlóan a ráksejtek zömében sem, ami felveti szerepüket a rákos átalakulásban.

A végrész alatti szakaszban van a végrész-RNS indítója, amely háromféle, 61, 29 és 37 bázispár hosszú ismétletekből áll. Ezek, kivált a 29 bázisú ismételetek nagyon gazdagok CpG-ben. Az indító metilezettsége szabályozza a végrész-RNS képződését. Ha kevéssé metilezett, mint pl. az ALT-sejtekben, fokozódik a végrész-RNS keletkezése. Az indító metilezettsége befolyásolja a végrészek állapotát, kóros metilezettség betegséghez vezethet, pl. immunhiányhoz.

A végrész alatti szakaszból indul a végrész kettőződése is.

végrészátíródás viszonylag új és meglepő felismerés, hogy a végrész átíródik, hiszen a tömör kromatinba burkolt ismétleteketből álló DNS-részek általában némák, nem íródnak át. Sőt, a végrész kromatin a közelében (a végrész alatti szakaszban) lévő géneket is némítja.

Az átírást az RNS polimeráz-II végzi; indítója a végrész alatti szakaszban van – az átírás innen kezdődik, és halad a kromoszóma végéig. Az átíródásból hosszú RNS, a végrész-RNS (TERRA) keletkezik. Nem mindegyik kromoszóma végrésze íródik át. (→végrész-RNS)

végrész-DNS →végrész

végrész-fehérjék →végrész

végrészhatás* telomere position effect az a jelenség, hogy a végrész tömörödött kromatinja távolhatású, a végrész alatti szakaszban is fékezi az átíródást.

végrészismétletek* telomere repetitive nucleotide sequences a kromoszómák végrészeinek zömét alkotó TTAGGG ismétletek. Az ismétletek száma nemcsak az emberek közt eltérő, de az egyénben is változik: a korosodással csökken.

végrészkettőződés a végrész kétszálú DNS-ében a szokványosan zajlik. Nehézséget a túlnyúlás másolása okoz. Ezt a jelenséget a nemzetközi irodalom end-replication problemnek nevezi (végmásolási nehézség*).

A másolás a végrész alatti szakaszból indul, a kettőződési villa a vége felé halad. A guanin ismétletekből alakuló másodlagos szerkezetek (G-négyes, R-hurok) és hibák (8oxoG) állják útját a villának. Ezeket különböző, a védlettel, DNS-sel, RNS-sel kölcsönhatásba lépő fehérjék átmenetileg eltávolítják.

Pl. a G-négyeseket a BLM és a RTEL1 fehérje (helikáz) felbontja, a DNS eredeti formájúvá válik. Ha nem tekerednek ki, zavarhatják a DNS másolódását, a kettőződési villa bizonytalanná válhat, avagy átugorja a G-négyest, és DNS-törések keletkezhetnek; ezek a következő osztódásokkor a kromoszómák szerkezeti változásához vezethetnek. Az R-hurkokat többnyire a végrész-RNS-hez kötődő fehérjék igazítják ki, mint az RNáz-H enzim, amely kapcsolódik hozzá és lebontja, vagy a NONO és az SPFQ fehérjék, amelyek gátolják, de számos más megoldás is előfordul. A bázishibák, mint az 8-oxoG-k, kivágódnak. A T-hurok felszakításában az RTEL1 fehérjének van döntő szerepe.

Az kettőződési nehézségek helyén a DNS törékennyé válhat, parányi rések keletkezhetnek, amelyek hasonlók a metafázis kromoszómák DAPI-negatív réseihez (common fragile site, CFS, magyarul: szokásos törékeny helyek*).

Ha a kettőződési villa összeesik, túlnyúló végződésű kétszálas DNS-törés keletkezik, amely nem javítható ki sem a végegyesítéssel, sem a rokonmás átrendezéssel, mivel ezek a kettős törtvéget ismerik fel. A bázisok egy része nem íródik át, ezek elvesznek, a végrész gyorsan rövidül. Javítás legfeljebb a törési kettőződéssel mehet végbe.

végrész-RNS*, TERRA telomeric repeat-containing RNA, TERRA változóan, 100 bázistól 9 kb-ig terjedő hosszúságú és UUAGGG ismétletek tartalmazó RNS. Tehát guaninban gazdag RNS, amely – hasonlóan a végrész túlnyúlásához – gyakran képez G-négyeseket, de elősegítik az R-hurkok képződését is.

A végrész-RNS-ek:

▪ Sajátosan kötődnek a végrészhez: a túlnyúlás G-négyesei és a végrész-RNS G-négyesei alakítanak ki molekulaközi kapcsolódást, DNS–RNS felemás G-négyes­* képződmények (DNA RNA hybrid GQ, HGQ) keletkeznek, kivált a túlnyúlás 3’-végén. Ezek a felemás G-négyesek a 3’-végen akadályozzák a túlnyúláshoz való hozzáférést, a telomerázok és más fehérjék kötődését.

A túlnyúláshoz kötődve R-hurkok keletkezhetnek, amelyek háromszálas felemás DNS–RNS szerkezetek.

▪ Képződése összefügg a sejtkörrel (kifejeződnek a G1- és G2-szakaszban, az S-szakaszban viszont nem keletkeznek) és a kromoszómák állapotával. Ha a végrész rövidül, vagy nem működik megfelelően, tevékenységük fokozódik. A végrész túlrövidülésekor vagy a DNS károsodásakor jelzéseket is küldenek, felgyülemlenek, toboroznak kromatinmódosítókat (LSD1 [lizin-demetiláz-1], SUV39H1 [hiszton-3-lizin-9-metiláz]).

▪ Tevékenyen részt vesznek a végrészek védelmében, működésében. Szabályozzák a végrész hosszát a telomerázok, az exonukleáz-1 féken tartásával, az ALT (alternative lengthening of telomeres) sejtekben pedig az átrendeződés elősegítésével. Óvják a védletet is; kötődnek a POT1–TPP1 kettőshöz.

Az ez idáig nem kódolónak tartott végrész-RNS-ről kiderült, hogy átíródik, az RNS polimeráz-II írja át, valin–arginin vagy glicin–leucin ismétleteket tartalmazó fehérjék keletkeznek RAN átfordítódással. (→RAN átfordítódás) Az olvasókerete kezdő bázishármas (ATG) nélkül fordítódik át. Ezek a fehérjék hatással vannak a sejtek működésére, valószínűleg károsak, de a részletek tisztázatlanok.

végrészrövidülés a végrészek minden sejtosztódással 50–200 bázispárral rövidülnek, amíg el nem érik a határrövidülést* (Hayflick limit), amikor már nincs további osztódás, bekövetkezik a sejtöregedés. Ezért a végrészrövidülést osztódási órának is nevezik. Ha a rövidülés túllépi a határrövidülést, nem tudja elhárítani a DNS-hibajavító rendszert, a sejt elpusztul.

A DNS kettőződésekor a végrész azért rövidül, mert a 3’-véghez kötődő idtRNS-nek megfelelő DNS-bázisok nem másolódnak, adódóan a DNS-másolódás formájából. (→DNS-kettőződés)

A végrészek rövidülését a telomerázok egyenlítik ki, a TTAGGG ismétletek hozzáadásával. A sejtek telomeráz tartalma azonban a születés után fokozatosan csökken; felnőttkorban, a legtöbb sejtben már nincs vagy csak nagyon kevés telomeráz van, ezért rövidülnek a végrészek. Ebből következik, hogy a végrészek rövidülése összefügg a korral is, a korosodással mind kifejezettebb. A csírasejtekben és az őssejtekben bőven van telomeráz, ezért maradandók.

A ráksejtek ellenőrizetlen osztódásukat, halhatatlanságukat éppen azzal érik el, hogy bennük, ha kisebb mennyiségben is, de jelen van a telomeráz; így gátolják a végrészek rövidülését. A daganatok ~90%-ában van a sejtekben telomeráz. Ezt különböző folyamatokkal érik el, mint az indító, a közteskivágás és az állapotszabályozás módosításával (indító metilezése, miRNS), valamint a végrészhatás módosításával. A fentiekből következik, hogy a telomerázok gátlása (keletkezésük vagy kötődésük/tevékenységük akadályozása) a rákelleni kezelés egyik lehetséges formája.

Sejtártámány, pl. vegyülő oxigénelemek, ionizáló sugárzás, fokozza a végrész rövidülést, gátolva a rákburjánzást; pusztítja a ráksejteket.

Bizonyos sejtek a végrészek rövidülését – a telomerázok helyett – átrendeződéssel gátolják. Ezeket a sejteket ALT (alternative lengthening of telomeres) sejteknek nevezzük. Bennük sok végrész-RNS képződik. Ezek kötődnek a túlnyúlás 3’-végén lévő felemás G-négyesekhez, valamint kialakítanak R-hurkokat, elősegítve a végrészek átrendeződéses hosszabbítását.

DNS-végrészek másolása A kromoszómavégek, a végrészek (telomers), hat–nyolc nukleotidos ismétletekből állnak.

a. Az újonnan képződött DNS-lánc 5’-vége a késlekedő-, a 3’-vége az eredeti DNS-szál; a szálak egyforma hosszúak. Az utóbbihoz a telomeráz hozzákapcsolt két hatnukleotidos ismétlődő bázissort (végrész-bázisszakaszt) (■ négyzetekkel jelölve). A bázissor a telomerázban lévő RNS bazissorrendje szerinti.

b. A végrész-bázisszakaszok mintafelszínül szolgálnak. A primáz és DNS-polimeráz ennek alapján képezik a késlekedő DNS-szál 5’-végénél az utolsó töredékszakaszt. Ez a töredékszakasz szintén két, hat-hat nukleotidot tartalmazó végrész-bázisszakaszból áll.

c. A töredékszakasz összekapcsolásakor az RNS-nukleáz eltávolítja az indító RNS-szakaszt; a késlekedő DNS-szál – az 5’-végénél – ennyivel rövidebb marad.

A végrészek csak azokban a sejtekben kettőződnek, amelyekben tevékeny telomeráz enzim van jelen. A telomeráz – vagy a telomeráz-működés – szöveteink nagy részében idővel csökken, de néhány sejtformában, mint például a szöveti őssejtekben, az ivarsejtekben vagy a daganatsejtekben folyamatos.

piRNS (Piwi fehérje-RNS) piwi-interacting RNA, piRNA egyszálú, 23–30 nukleotid hosszú RNS; a kis közbeavatkozó RNS-ek közül a legnagyobb; a piRNS géncsoportosulások (piRNA clusters) terméke. Ezeket a géneket az RNS-polimeráz-II írja át; hosszú folytonos egyszálú RNS (ssRNA; single strand) keletkezik. Ez kerül a sejtplazmába, ahol RNáz hasítja piRNS-sé, vagy a már meglévő piRNS-t tartalmazó RISC (piRISC) köti bázispárosodással, és hasítja annak megfelelően.

Mindkét folyamatban 5’-monofoszfát közbenső piRNS (5’ monophosphate piRNA intermediate) képződik, amelyik hosszabb az érett piRNS-nél, és kapcsolódik PIWI fehérjével; ez alakítja érett piRNS-sé (→RISC).

Három alcsaládja ismert: a rasiRNS, a crasiRNS és a tel-sRNS – tevékenységük csak részben ismert.

rasiRNS (repeat-associated small interfering RNAs, rasiRNA) a férfi ivarsejtekben szabályozza az ugrálatok (transposons) és a visszugrálatok (retrotransposons) sokaságát.

crasiRNS (centromere repeat associated small interfering RNA) középrész-RNS* a kromoszómák középrészének ismétleteiről íródnak át, tevékenységük alig ismert.

telsRNS (telomere-specific small RNA, tel-sRNA) végrész-RNS* a kromoszómák végeinek, a végrészismétleteknek az átíródásából keletkező kis RNS (végrészátíratok, telomeric transcripts). A tel-sRNS-eket az ébrényi (embryonal) őssejtekben fedezték fel. Szerepük kevéssé ismert, bizonyára a végrészek kromatinjának szervezésében vesznek részt.

Az emberben a piRNS csak piRISC formájában van jelen. A piRNS-ek működésének megismerése további vizsgálatokat igényel. Jellegzetes, hogy a heterokromatikus területeken vannak jelen, feltehetően a heterokromatkus részek alapvető szabályozói. (→RISC)

subtelomeric repeat elements →végrész alatti szakasz

telomer →végrész

telomere position effect →végrészhatás

telomere repetitive nucleotide sequences →végrészismétlet