relación Estructura — Función de los telómeros
como se mencionó anteriormente, en ausencia de telomerasa, los telómeros se vuelven no funcionales, se acortan con divisiones celulares sucesivas, y los cromosomas terminales pueden fusionarse como consecuencia de la desprotección. Las fusiones de telómeros son el resultado de la Unión final no homóloga (NHEJ), que es uno de los mecanismos predominantes de una curación de rotura de doble hebra (DSB)., El resultado de tales eventos podría ser la creación de cromosomas con más de un centrómero, que probablemente se agruparán en polos opuestos durante la mitosis, lo que resulta en la rotura de cromosomas y una mayor inestabilidad genómica a través de eventos repetidos de fusión – rotura. En los vertebrados, el papel de la protección del extremo cromosómico para distinguirse de las roturas cromosómicas se atribuye a un complejo específico de proteínas denominado colectivamente shelterin. El complejo Shelterin está compuesto básicamente por seis proteínas., Dos miembros del complejo de shelterina, TRF1 y TRF2 (del factor de unión de repetición de telómeros 1 y 2) se unen directamente a la secuencia telomérica de doble cadena, mientras que POT1 se une al adnss. TRF2 interactúa y recluta RAP1, mientras que TIN2 Media TPP1-POT1 Enlazando al complejo central TIRF1 / TIRF2. POT1 se une y protege el saliente de ADN de 3 cadenas simples de telómeros (cola-G), mientras que TIN2 probablemente une los complejos de unión de ADN de cadena simple y doble, especialmente en el área de la formación del bucle-D telomérico (figura 3) ., Parece que este núcleo shelterin complejo se encuentra principalmente en el extremo del telómero (también conocido como telosoma) y sirve tanto en la estabilización de la estructura del bucle t, protegiéndolo al mismo tiempo de ser reconocido como daño al ADN y reparado por NHEJ. Además, shelterin regula el acceso a los procesos de restauración del ADN telomérico después de cada replicación del genoma., En general, el complejo shelterin parece funcionar como una plataforma que regula el reclutamiento de una lista creciente de factores involucrados en el remodelado de la cromatina, la replicación del ADN, la reparación del daño del ADN, la recombinación y la función de la telomerasa, regulando así el acceso / modificación de los telómeros por diversos procesos celulares (figura 4), recientemente revisado en .
Figura 3.
modelo esquemático de la disposición potencial de tapado de telómeros por el complejo shelterin., Las proteínas del complejo shelterin participan en la protección de los telómeros, la replicación y la regulación de la longitud. Las proteínas TRF1 y TRF2 se unen específicamente al ADN ds telomérico, mientras que POT1 (TPP1) reconoce ssDNA (estabilizando el bucle D). TIN2 Interconecta ssDNA a complejos de unión dsDNA, estabilizando la estructura del telosoma. El ADN telomérico consiste en una secuencia repetitiva de ADN, una región dúplex y un saliente de la hebra g de ssDNA (hebra g, naranja; hebra c, azul). El complejo de shelterina se une a las regiones dúplex y ssDNA a través de interacciones específicas proteína–ADN., La formación del bucle t implica la invasión de la hebra del voladizo G para crear un bucle de desplazamiento (bucle D). El bucle t se propone para enmascarar el extremo cromosómico de los sensores de daño del ADN. Por razones de simplicidad, el complejo de shelterina se representa como un complejo de seis proteínas homogéneamente dispersado en telómeros. Véase el texto para más detalles.
curiosamente, parece que existe más de un tipo de complejo de protección de núcleo y no todos ellos son necesariamente parte del telosoma. Se han detectado complejos que contienen solo TRF1-TIN2-TPP1-POT1 o TRF2-RAP1., Datos recientes que miden las cantidades absolutas y relativas de TRF1 y TRF2 en la célula revelaron que TRF2 es aproximadamente el doble de abundante que TRF1 y esto es consistente con TRF2 detectándose en focos inducidos por daño de ADN dirigido espacialmente en regiones cromosómicas no teloméricas. El reclutamiento de TRF2 para sitios de daño al ADN es consistente con que juega un papel crítico en la respuesta al daño al ADN . La complejidad de la red creada por el telosoma se basa prácticamente en las características estructurales únicas de los miembros del refugio., TRF1 y 2 llevan un dominio SAB / MYB por el cual ambos reconocen un motivo TTAGGGTTA en el ADN del telómero ds, una región terminal rica en ácidos (D/E) y un motivo de acoplamiento específico conocido como motivo de homología TRF (TRFH). El dominio TRFH media la homodimerización de TRF1 o TRF2, pero prohíbe la heterodimerización debido a restricciones estructurales . Se requiere un motivo FxLxP y un motivo Y / FxLxP para la encuadernación TRF1 y TRF2, respectivamente. Estos dominios se conocen como motivos de unión TRFH (TBM). El residuo de aminoácido Phe 142 en el motivo TRF1-TRFH es responsable de la Unión del estaño 2 a través de su región TBM., TIN2 – TBM tiene una afinidad significativamente menor para la región correspondiente de TRF2 (Phe 120) debido a las diferencias estructurales en la vecindad de Phe 120 y finalmente se une a TRF2 a través de una región única de TRF2 cerca del N-terminal de la proteína. Sin embargo, el residuo Phe 120 es crucial para la interacción específica con otros factores asociados a los telómeros como la nucleasa de Apolo, un socio de unión a TRF2. La formación compleja entre los miembros del núcleo del refugio y los factores asociados con motivos similares a la TBM es probable que también esté dirigida por cambios en las afinidades de unión debido a modificaciones post-traduccionales., Un buen ejemplo es la parsilación TRF1 por tanquirasa, lo que resulta en una disminución significativa de la afinidad ADN-TRF1, lo que permite el alargamiento de los telómeros y la separación de los telómeros hermanos al aliviar específicamente el complejo de cohesión de TRF1 y TIN2 . El desequilibrio de tales interacciones podría ser perjudicial para la integridad del genoma, como se muestra por los niveles elevados de TIFS formados en las células que sobreexpresan una TBM aislada como una repetición de YRL en tándem. Se obtuvieron resultados deletéreos análogos al expresar un alelo de sustitución TRF2-F120 .,
estudios estructurales recientes de uno de los dos pliegues OB (Unión de oligonucleótidos/oligosacáridos) de S. pombe Pot1, que comprenden el sitio de unión del ssDNA, revelaron que el reconocimiento de nucleótidos no específicos del ssDNA se logra mediante modos de unión hasta ahora no identificados que compensan termodinámicamente las sustituciones de bases a través de interacciones de apilamiento alternas y nuevas redes de enlace H. Por lo tanto, delinear en detalle la estructura de los miembros del refugio y los factores asociados se espera que mejore geométricamente nuestra comprensión de las redes consistidas y la forma en que la cantidad vs., los cambios de calidad interfieren con las modificaciones estructurales que conducen a alteraciones funcionales, ajustando finamente la estabilidad del genoma. Sin duda, la riqueza de la información recopilada ya ha allanado el camino para el uso de agentes anti-telomerasa en ensayos clínicos, con un resultado esperado sólido.
además del refugio y de los socios que interactúan, recientemente ha surgido otro complejo importante que también participa en la biología de los telómeros, el complejo CST. El complejo CST está compuesto por CTC1, STN1 (OBFC1) y TEN1, y se le ha atribuido el rescate de bifurcaciones de replicación estancadas durante el estrés de replicación., El complejo CST interconecta los telómeros con la replicación y protección del genoma independientemente de la vía Pot1 .
la acumulación de evidencia por numerosas publicaciones demostró de manera bastante inesperada que la respuesta al daño del ADN (DDR) y las vías de reparación, a pesar de parecer una paradoja, comparten características comunes con las estrategias de mantenimiento de telómeros. DDR las proteínas de respuesta temprana se reclutan para los telómeros y las proteínas que se cree que funcionan en el mantenimiento de los telómeros también se han demostrado que están involucradas en DDR., Paradójicamente, los factores DDR en los telómeros, en condiciones normales, parecen interferir con la restauración de los telómeros y la preservación de la longitud. Este fenómeno distinto se atribuye a la protección en la coordinación de los factores de DDR acceso y función en los telómeros. TRF2 puede unirse y suprimir ATM, mientras que POT1, cuando se une a la cola G A través de TPP1, inhibe ATR. La supresión de la actividad de TRF2 provoca la activación de p53 y ATM, lo que lleva a la disfunción de los telómeros inducida focos (TIFs). Los TIFs producen fusiones de telómeros de extremo a extremo a través de la vía NHEJ y su aparición se correlaciona con la inducción de la senescencia ., La interacción parece basarse en la cantidad de shelterina y la longitud de los telómeros, dos parámetros directamente relacionados entre sí, ya que cuando los telómeros son críticamente cortos, es menos probable que formen un bucle en t, una reacción catalizada por TRF2 in vitro, y a su vez se une menos shelterina . En consecuencia, dos estructuras principales de mantenimiento de telómeros se reducen significativamente (t-loop y shelterin coating), lo que permite la activación de DDR., Sin embargo, curiosamente, la maquinaria NHEJ también puede ejercer un papel protector en los telómeros a través de la actividad enzimática de la Tanquirasa relacionada con la promoción de la estabilidad del ADN-PKcs y la prevención de la formación de intercambios de cromátidas hermanas de telómeros (T-SCEs) como un producto de la recombinación Inter-telómera
otro paradigma intrigante es el complejo MRN (un complejo proteico de recombinación meiótica 11 (MRE11) – RAD50 y proteínas NBS1), donde una sola molécula NBS1 es asociado con dos dímeros de mre11 y rad50 ., Las proteínas MRE11 y RAD50 forman un heterotetrámero que contiene dos dominios de unión y procesamiento de ADN que pueden unir los extremos libres del ADN . El complejo MRN se localiza a los telómeros durante las fases S y G2 del ciclo celular a través de la interacción directa de NBS1 con TRF2, presumiblemente contribuyendo a la formación de la cola G en la cadena telomérica principal y por lo tanto a la estabilidad de los telómeros ., En los seres humanos, la mutación en el gen NBS1 conduce al trastorno de inestabilidad cromosómica, el síndrome de rotura de Nijmegen 1, asociado con una mayor sensibilidad a la radiación ionizante e inestabilidad cromosómica y cáncer de desarrollo temprano, incluso en heterocigotos NBS1+/ -. NBS1 contiene un dominio asociado a forkhead (FHA), un dominio Brct (BRCA1 C Terminus), un dominio vinculante MRE11 y un dominio que interactúa con ATM. La acumulación de pruebas demuestra que NBS1 interactúa con los telómeros y contribuye a su estabilidad, al menos en células humanas y de ratón., Los experimentos de inmunofluorescencia indirecta revelaron que NBS1 co-localiza con TRF2 durante la fase S en células de HeLa cultivadas, posiblemente modulando la formación del bucle T. Como TRF2 también se ha encontrado en secuencias no teloméricas, el impacto de la co-localización NBS1 con TRF2 requiere mayor aclaración. Del mismo modo, en fibroblastos embrionarios de ratón, se ha observado reclutamiento activo de NBS1 a telómeros disfuncionales . El complejo MRN parece desempeñar un doble papel en la biología de los telómeros. Una es mediar, al menos en parte, la respuesta de ATM que conduce a la formación de TIF después de la eliminación de TRF2 ., En segundo lugar, por su actividad nucleasa, se requiere para la formación normal de telómeros, ya que el MRN está implicado en el procesamiento de telómeros dañados al influir en la producción del saliente de un telómero de extremo romo creado después de la replicación de telómeros . Tal aceleración de la formación de la cola G, después de la disfunción de los telómeros / desprotección impide la fusión de los principales hilos Romos de los telómeros desprotegidos durante la fase S. La nucleasa de Apolo también puede ser reclutada y estar involucrada en este proceso., La interacción directa de NBS1 con el factor de unión a la repetición de telómeros 1 (TRF1) se ha demostrado para las células telomerasas negativas inmortalizadas, lo que implica que esta interacción podría estar involucrada en el alargamiento alternativo de los telómeros. Además, en las células que expresan la telomerasa, el complejo MRN, a través de la regulación a la baja y la eliminación de TRF1 (fosforilación dependiente de NBS1 de TRF1 por ATM) también puede promover la accesibilidad de la telomerasa al extremo 3 de los telómeros ., La intercomunicación de reparación del ADN con la estabilidad de los telómeros es una relación establecida bastante temprano en la evolución como lo indica el hecho de que MRE11 y RAD50 junto con las proteínas quinasas ATM y ATR, también son esenciales para el mantenimiento adecuado de los telómeros en las plantas .
Figura 4.
factores asociados a Shelterina también involucrados en la respuesta al daño del ADN., Detalles en el texto
recientemente, otra proteína fosfatasa, PNUTS (phosphatase 1 nuclear-targeting subunit), que interactúa con TRF2, inserta otra pieza en el rompecabezas de la relación DDR y telómero . Además, detectado por todo el genoma buscando proteínas que contengan TBM, los tres dominios BRCT que contienen el factor DDR proximal MCPH1 también interactúan con TRF2. Las mutaciones en MCPH1 se relacionan con defectos del desarrollo y aumento de la incidencia tumoral ., MCPH1 depleted cells present decreased levels of BRCA1 and Chk1 and are defective in the G2/M checkpoint .
un papel esencial en la integridad de los telómeros también se atribuye a BRCA2, un componente clave de la vía de reparación del ADN HR. BRCA2 se asocia con telómeros durante las fases del ciclo celular S / G2 y parece facilitar la carga de la recombinasa RAD51 . Por lo tanto, la actividad HR mediada por BRCA2 es necesaria para el mantenimiento de la longitud de los telómeros. Estos hallazgos pueden explicar, al menos en parte, los telómeros más cortos que se encuentran en los tumores de mama humanos mutados con BRCA2., Por lo tanto, la disfunción de los telómeros también puede estar implicada en la inestabilidad genómica observada en los cánceres de mama y ovario con deficiencia de BRCA2 .
en total, un número de moléculas de reparación de ADN, que son colectivamente parte de las vías de HR, NHEJ, NER y Anemia de Fanconi se han encontrado para ser reclutados en los telómeros, con TRF2 funcionando principalmente como un centro de proteína., En condiciones normales, la señalización ATM / ATR, tras la desprotección debido a la corta longitud de los telómeros y el posterior «retiro» de la célula (senescencia / apoptosis) es parte del mecanismo protector normal de iniciación tumoral contra las células desestabilizadas por el genoma. En las células que llevan longitud normal del telómero hay relaciones inhibitorias entre estos diversos sistemas de la reparación de la DNA, previniendo la activación de uno al otro.
los telómeros son parte de la estructura de la heterocromatina, lo que significa que las señales específicas definen su ubicación en el núcleo., Aunque se espera que los telómeros sean, por definición, extremos cromosómicos estables e inertes, parecen ser complejos nucleoproteicos dinámicos que también participan en el remodelado de la cromatina. El reclutamiento de la proteína de unión a heterocromatina HP1, la tri-metilación enriquecida de la histona H3 lisina 9 (H3K9) y H4K20 , así como la metilación de dinucleótidos CpG en repeticiones de ADN subteloméricas apoyan esta noción. Estas marcas heterocromáticas son reemplazadas por características de la cromatina abierta(aumento de la acetilación en las colas de histonas, etc.) cuando los telómeros se vuelven más cortos., Tales cambios implican que se requiere una longitud mínima de telómeros para mantener una conformación similar a la heterocromatina en los extremos de los cromosomas, una estructura que puede cambiar después del desgaste de los telómeros. Además, los telómeros y el complejo de shelterina deben aflojar su estructura apretada durante la replicación cromosómica y restablecer su forma compacta después de completar la duplicación de ADN. Un aflojamiento análogo de la estructura del telómero debe ser requerido en casos de restauración del telómero por mecanismos de reparación de la telomerasa o del ADN, aunque posiblemente a través de distintos procedimientos., Para lograr esta plasticidad, la cromatina debe remodelarse a través de una serie de enzimas, de acuerdo con un código local de histonas . Una serie de modificaciones de histona están implicadas donde las interacciones de la cola de la histona-proteína distintas promueven la relajación o compresión de la estructura compleja de los telómeros . Como ejemplo, los experimentos de depleción de SIRT6 (una histona h3k9 deacetilasa que modula la cromatina telomérica) por interferencia de ARN proporcionaron evidencia de un aumento del daño al ADN nuclear y la formación de focos inducidos por disfunción de telómeros., Estos experimentos sugirieron que SIRT6 protege a las células endoteliales del daño de los telómeros y el ADN genómico, evitando así una disminución en la capacidad replicativa y el inicio de la senescencia prematura, en este caso particular implicado en el mantenimiento de las funciones homeostáticas endoteliales y el retraso del envejecimiento vascular.
otro conjunto importante de factores implicados en la biología de los telómeros son los productos de los genes ATRX y DAXX, que están implicados en el remodelado de la cromatina junto con la histona H3.3 ., Las mutaciones o deleciones en estos loci genéticos se han correlacionado directamente con el estado ALT+ en líneas celulares o tumores per se . De acuerdo con estos hallazgos, los exámenes de detección de mutaciones/expresión de ATRX/DAXX pueden representar el marcador más confiable hasta la fecha para los tumores que han elegido la vía de ALT TMM.,
colectivamente, es el ensamblaje adecuado de shelterins en los telómeros lo que es esencial para la estabilidad cromosómica (diferencia los extremos cromosómicos de las roturas de ADN ds y evita la pérdida de información genética a través de ataques nucleolíticos (degradación mediada por exonucleasa) o fusiones cromosómicas aberrantes y recombinación indeseable, durante la vida de una célula., Junto con la estructura adecuada, la coordinación funcional que controla la TMM y la actividad de la telomerasa están estrictamente reguladas a lo largo del ciclo celular por una serie de factores accesorios implicados, reclutados transitoriamente por los complejos / subcomplejos de shelterina .
aparte de su papel protector, la interacción adecuada de los protectores con los componentes de la maquinaria de reparación de ADN, así como los componentes de la telomerasa y el reclutamiento de la telomerasa, permite la restauración de los telómeros cuando sea apropiado., La importancia de la correcta estructura – función de los componentes de la shelterina en la biología de los telómeros y la formación de cáncer, junto con las enfermedades asociadas a los telómeros, se representan mediante la Asociación de la detección de mutaciones en I .E. TIN2 en muchos de estos casos.