Конститутивная гетерохроматизация характеризует теломерные (концевые) участки хромосом. Длина этих участков различается у разных видов животных: 10-15 тыс. п.н. в клетках эмбрионов человека и порядка 100 тыс. п.н. — в клетках мыши. Теломерные участки ДНК человека от З’-конца образованы короткими тандемными повторами ТТАГГГ. За ними следуют более протяженные повторяющиеся последовательности и далее идет участок также повторяющихся последовательностей, уникальных для каждой хромосомы. Комплекс ДНК со специфическими белками на концах хромосом называется «теломера» .
Теломеры участвуют в прикреплении хромосом к структурам ядерного матрикса и, возможно, к ядерной ламине (плотной пластинке), чем обеспечивается пространственная ориентация хромосом в объеме ядра. В зи-готене профазы первого деления мейоза направленное перемещение по внутренней поверхности ядерной оболочки концов гомологичных хромосом способствует их конъюгации и далее (пахитена профазы первого деления мейоза) кроссинговеру. В метафазе митоза сестринские хрома-тиды удерживаются в парах, в том числе, благодаря взаимодействию их теломер. В анафазе митоза это взаимодействие ослабевает и хроматиды, теперь уже как самостоятельные хромосомы, расходятся в дочерние клетки. Известна мутация в области теломерной ДНК, проявляющаяся фено-типически в нерасхождении хромосом в анафазе. Теломеры «защищают» молекулы ДНК от разрушающего действия ферментов.
Специфическая черта теломер, отражающая «технические» особенности репликации ДНК (необходимость для начала процесса РНК-затравки), состоит в том, что в каждом репликационном цикле (период S интерфазы) концы и материнской, и дочерней молекул ДНК укорачиваются, в среднем, на 50 нуклеотидов. Недорепликация ДНК на концах хромосом не является фатальной благодаря наличию в клетках макро-молекулярного комплекса с ферментативной активностью — теломера-зы. Последняя функционирует как обратная транскриптаза, достраивая недореплицируемые участки ДНК.
Концевая недорепликация ДНК как неизбежное («техническое») событие благодаря тому, что теломеры лишены структурных (смысло-
вых, кодирующих) генов, не наносит вреда в виде биоинформационных потерь (функция буфера). Известны примеры, когда при участии теломеразы путем образования теломерной ДНК «закрываются» концы на месте случайных разрывов хромосом. Это сохраняет оторвавшиеся участки хромосом функционирующими, хотя бы частично. Такое наблюдается у больных α-талассемией — наследственным заболеванием, связанным с мутацией в кластере α-глобиновых генов в виде разрыва в длинном плече хромосомы 16. Транскрипционная активность генов вблизи теломер снижена (см. эффект положения). При укорочении те-ломер из-за недорепликации ДНК названный эффект снимается и гены активируются.
Теломеразный механизм, активный в клетках эмбриона, не функционирует во многих типах клеток взрослого организма, и потери концевой ДНК в репликационных циклах не восполняются. Укорочение хромосом до известного предела приводит к выходу клетки из пролиферативного цикла с единственной перспективой погибнуть (терминальная диффе-ренцировка). Исключение составляют клетки зародышевого пути — половые клетки.
В концевой недорепликации ДНК (маргинотомия) видят причину лимита Л. Хейфлика . высказавшего на основании результатов исследований динамики клеток в культуре (вне организма, in vitro) мысль о конечности числа делений клеток многоклеточного организма, с чем фундаментальная геронтология пыталась связать закономерные возрастные изменения — теломерная теория старения. Современные исследования внесли свои уточнения. Теломеразная активность сохраняется или восстанавливается у взрослых особей в интенсивно делящихся клеточных популяциях, а также в стволовых клетках. Кроме того, активная теломераза — отличительная черта клеток большинства злокачественных новообразований.