Telomerilor structură — Funcție de relație
Ca mai sus, în absența telomerazei, telomerii devin non-funcționale, scurta, cu diviziuni celulare succesive, și cromozomul termini poate fuse ca o consecință a de-protectie. Fuziunile telomerilor sunt rezultatul aderării non-omoloage la capăt (NHEJ), care este unul dintre mecanismele predominante ale vindecării unei rupturi duble (DSB)., Rezultatul unor astfel de evenimente ar putea fi crearea de cromozomi care poartă mai mult de un centromere, care vor fi probabil grupate la poli opuși în timpul mitozei, ducând la ruperea cromozomilor și la instabilitatea genomică ulterioară prin evenimente repetate de rupere a fuziunii. La vertebrate, rolul protecției end cromozomiale pentru a fi distins de rupturile cromozomiale este atribuit unui complex specific de proteine denumite colectiv shelterin. Complexul Shelterin este compus în principal din șase proteine., Doi membri ai complexului shelterin, TRF1 și TRF2 (din factorul de legare a repetării telomerilor 1 și 2) se leagă direct de secvența telomerică dublă catenară, în timp ce pot1 leagă ssDNA. TRF2 interacționează cu și recruți RAP1, în timp ce TIN2 mediază TPP1 – POT1 legare la TIRF1 / TIRF2 core complexe. POT1 se leagă de și protejează consola ADN monocatenară 3 a telomerilor( g-tail), în timp ce TIN2 leagă probabil complexele de legare a ADN-ului unic și dublu catenar, în special în zona formării buclei telomerice D (figura 3)., Se pare că această bază shelterin complex este situat în principal la telomerilor end (de asemenea, menționată ca telosome) și servește atât în stabilizarea t-structura de buclă, protejându-l în același timp de a fi recunoscut ca deteriorarea ADN-ului și reparate de către NHEJ. În plus, shelterin reglează accesul la procesele de restaurare a ADN-ului telomeric după fiecare replicare a genomului., În general, shelterin complex pare să funcționeze ca o platformă care reglementează recrutarea de o listă tot mai mare de factori implicați în remodelarea cromatinei, replicarea ADN-ului, deteriorarea ADN-ului de reparații, recombinare și telomerazei funcție, care reglementează astfel telomerilor de acces / modificare prin diverse procese celulare (figura 4), recent revizuit în .
Figura 3.
modelul Schematic al potențialului aranjament de plafonare a telomerilor de către complexul shelterin., Proteinele complexului shelterin participă la protecția telomerilor, replicarea și reglarea lungimii. Proteinele TRF1 și TRF2 se leagă în mod specific de ADN-ul telomeric DS, în timp ce POT1 (TPP1) recunoaște ssDNA (stabilizarea buclei D). TIN2 interconectează ssDNA la complexele de legare dsDNA, stabilizând structura telozomului. ADN-ul Telomeric constă dintr-o secvență ADN repetitivă, o regiune duplex și o consolă ssDNA G-strand (g-strand, portocaliu; c-strand, albastru). Complexul shelterin se leagă atât de regiunile duplex, cât și de cele ssDNA prin interacțiuni specifice proteine–ADN., Formarea buclei t implică invazia șuviței g-consola pentru a crea o buclă de deplasare (buclă D). Bucla t este propusă pentru a masca capătul cromozomului de la senzorii de deteriorare a ADN-ului. Din motive de simplitate complexul shelterin este descris ca un complex de șase proteine dispersate omogen pe telomere. A se vedea textul pentru mai multe detalii.
foarte Interesant, se pare că mai mult de un tip de bază shelterin complexe există și nu toate dintre ele sunt în mod necesar parte din telosome. Au fost detectate complexe care conțin numai TRF1-TIN2-TPP1-POT1 sau TRF2-RAP1., Date recente de măsurare absolută și relativă cantități de TRF1 și TRF2 în celulă a arătat că TRF2 este de aproximativ de două ori la fel de abundente ca TRF1 și acest lucru este în concordanță cu TRF2 fi detectat în spațial regizat deteriorarea ADN-ului indusa de focare în non-telomeric regiuni cromozomiale. Recrutarea TRF2 la site-urile de deteriorare a ADN-ului este în concordanță cu faptul că joacă un rol critic în răspunsul la deteriorarea ADN-ului . Complexitatea rețelei create de telosome se bazează practic pe caracteristicile structurale unice ale membrilor shelterin., TRF1 și 2 poarte un SAB/MYB domeniu de care amândoi au recunoscut-o TTAGGGTTA motiv pe telomerilor ds ADN, un acid bogat (D/E) terminal regiune și o anumită docking motiv mentionat ca TRF omologie (TRFH) motif . Domeniul TRFH mediază homo-dimerizarea TRF1 sau TRF2, dar interzice heterodimerizarea din cauza constrângerilor structurale . Un motiv FxLxP și un motiv Y/FxLxP sunt necesare pentru legarea TRF1 și, respectiv, TRF2. Aceste domenii sunt denumite motive de legare TRFH (TBM). Reziduul de aminoacizi Phe 142 din motivul TRF1-TRFH este responsabil pentru legarea TIN2 prin regiunea sa TBM., TIN2-TBM are o afinitate semnificativ mai mică pentru regiunea corespunzătoare a TRF2 (Phe 120) datorită diferențelor structurale în vecinătatea Phe 120 și, în final, este atașat la TRF2 printr-o regiune TRF2 unică în apropierea terminusului n al proteinei. Cu toate acestea, reziduul Phe 120 este crucial pentru interacțiunea specifică cu alți factori asociați telomerilor, cum ar fi Apollo nucleaza, un partener de legare TRF2. Formarea complexă între membrii de bază shelterin și factorii asociați cu motive TBM cum ar fi sunt susceptibile de a fi, de asemenea, direcționate de schimbări în afinități obligatorii din cauza modificărilor post-translaționale., Un exemplu frumos este TRF1 parsylation de tankyrase, care rezultă în scăderea semnificativă a ADN-TRF1 afinitate, permițând prelungirea telomerilor și sora telomerii separare, în special, prin ameliorarea coeziunii complex de TRF1 și TIN2 . Dezechilibru de astfel de interacțiuni pot fi dăunătoare pentru integritatea genomului așa cum se arată prin niveluri ridicate de TIFS format din celule în exces izolat TBM ca un tandem YRL repeta. Rezultate dăunătoare analoage au fost obținute la exprimarea unei alele de substituție TRF2-F120 .,
structurale Recente studii de una dintre cele două OB (Oligonucleotid/oligozaharide-obligatoriu) falduri de S. pombe Pot1, care cuprind obligatoriu site-ul de ssDNA, a arătat că non-specifice de nucleotide recunoaștere a ssDNA se realizează prin neidentificate până în prezent obligatorii moduri care termodinamic compensa bază-substituții prin alternative de stivuire interacțiuni și noi H-lipire rețele . Astfel, delimitarea în detaliu structura de shelterin membrii și factorii asociați este de așteptat să geometric a îmbunătăți înțelegerea noastră de rețele constat și modul în cantitate vs, modificările de calitate interferează cu modificările structurale care duc la modificări funcționale, reglând fin stabilitatea genomului. Fără îndoială, bogăția de informații colectate a deschis deja calea utilizării agenților anti-telomerază în studiile clinice, cu rezultate așteptate robuste.în afară de shelterin și partenerii care interacționează, un alt complex semnificativ a apărut recent pentru a fi implicat și în biologia telomerilor, complexul CST. CST complexul este compus din CTC1, STN1 (OBFC1) și TEN1, și a fost atribuit de salvare a stagnat furci de replicare în timpul reproducerii stres., Complexul CST interconectează telomerii cu replicarea și protecția genomului independent de calea Pot1 .acumularea de dovezi de către numeroase publicații a demonstrat în mod neașteptat că răspunsul la deteriorarea ADN-ului (DDR) și căile de reparare, în ciuda aparenței unui paradox, împărtășesc caracteristici comune cu strategiile de întreținere a telomerilor. Proteinele cu răspuns precoce DDR sunt recrutate pentru telomere, iar proteinele despre care se crede că funcționează în menținerea telomerilor au fost, de asemenea, demonstrate a fi implicate în DDR., Paradoxal, factorii DDR în telomere, în condiții normale, par să interfereze cu restaurarea telomerilor și conservarea lungimii. Acest fenomen distinct este atribuit coordonării shelterin a accesului și funcției factorilor DDR la telomeres. TRF2 se poate lega și suprima ATM, în timp ce POT1, atunci când este legat de g-coada prin TPP1, inhibă ATR. Suprimarea activității TRF2 provoacă activarea p53 și ATM, conducând la focare induse de disfuncții telomere (TIFs). TIFs duce la fuziuni telomere end-to-end prin calea NHEJ și aspectul lor este corelat cu inducerea senescenței ., Interacțiunea pare să fie bazată pe shelterin cantitatea și lungimea telomerilor, doi parametri direct legate între ele, ca atunci când telomerii sunt deosebit de scurt, acestea sunt mai puțin susceptibile de a forma un t-buclă, o reacție catalizată de TRF2 in vitro, și, la rândul său mai puțin shelterin este legat pe . În consecință, două structuri majore de întreținere a telomerilor sunt reduse semnificativ (t-loop și shelterin coating), permițând activarea DDR., Dar, destul de curios, NHEJ utilaje pot, de asemenea, exercita un rol protector la telomerii prin activitatea enzimatică a Tankyrase legate de promovarea ADN-PKcs de stabilitate și de prevenire a formării de telomerilor sora cromatide schimburi (T-SCEs) ca un produs de inter-telomerilor recombinare
un Alt intrigant paradigmă este MRN complex (un complex de proteine de recombinare meiotică 11 (MRE11) – RAD50 și NBS1 proteine), în cazul în care un singur NBS1 moleculă este asociat cu doi dimeri de MRE11 și RAD50 ., La MRE11 și RAD50 proteine formează un heterotetramer care conține două ADN-obligatorii și prelucrarea domenii care pot pod gratuit ADN-ul se termină . MRN complex localizează la telomerii timpul S și G2 faze ale ciclului celular prin interacțiune directă de NBS1 cu TRF2, probabil contribuind la G-coada formarea pe frunte telomeric strand și, astfel, pentru a telomerilor de stabilitate ., La om, mutație în NBS1 gene duce la instabilitate cromozomială tulburare, rupere Nijmegen, sindromul 1, asociat cu sensibilitate sporită la radiații ionizante și instabilitate cromozomială și începutul dezvolta cancer, chiar și în NBS1+/- heterozygotes. NBS1 conține o forkhead-asociat (FHA), un BRCT (BRCA1 C Terminus) domeniu, o MRE11-un domeniu de legare, și un BANCOMAT-interactiunea domeniu. Dovezile acumulate demonstrează că nbs1 interacționează cu telomerii și contribuie la stabilitatea lor, cel puțin în celulele umane și de șoarece., Indirecte de imuno-fluorescență experimente a arătat că NBS1 co-localizează cu TRF2 în faza S in culturi de celule HeLa , eventual prin modularea t – formarea bucla. Deoarece TRF2 a fost găsit și pe secvențe non-telomerice, impactul co-localizării NBS1 cu TRF2 necesită clarificări suplimentare. În mod similar, la fibroblastele embrionare de șoarece, a fost observată recrutarea activă a NBS1 la telomerele disfuncționale . Complexul MRN pare să joace un rol dublu în biologia telomerilor. Unul este de a media, cel puțin parțial, răspunsul ATM care duce la formarea TIF după ștergerea TRF2 ., În al doilea rând, prin activitatea sa nucleazică, este necesară pentru formarea telomerilor normali, deoarece MRN este implicat în prelucrarea telomerilor deteriorați prin influențarea producerii consolei dintr-un telomer cu capăt contondent creat după replicarea telomerilor . O astfel de accelerare a formării cozii G, ca urmare a disfuncției telomerilor / de-Protecției, împiedică fuziunea unor fire de vârf de telomere de-protejate în timpul fazei S. Apollo nucleaza poate fi, de asemenea, recrutat și implicat în acest proces., Interacțiunea directă a NBS1 cu factorul de legare repetată a telomerilor 1 (TRF1) a fost demonstrată pentru celulele telomerazei negative imortalizate, ceea ce implică faptul că această interacțiune ar putea fi implicată în prelungirea alternativă a telomerilor. În plus, în telomerazei exprimarea celule, MRN complex, prin downregulation și îndepărtarea de TRF1 (NBS1-dependente fosforilarea TRF1 de ATM-uri) pot promova, de asemenea, accesibilitatea telomerazei la 3 sfârșitul telomerii ., Repararea ADN-ului de comunicare cu telomerilor de stabilitate este o relație stabilită destul de devreme în evoluția după cum este indicat de faptul că MRE11 și RAD50 împreună cu protein kinaze ATM și ATR, sunt, de asemenea, esențiale pentru buna întreținere telomerilor în plante .
Figura 4.factorii asociați Shelterin sunt, de asemenea, implicați în Răspunsul la deteriorarea ADN-ului., Detalii în text
Recent, o altă proteină, fosfataza, PNUTS (fosfataza 1 nucleare-direcționare subunitate), care interacționează cu TRF2, insertii o altă piesă în puzzle-ului de DDR și telomerilor raport . În plus, detectat prin căutarea la nivel de genom a proteinelor care conțin TBM, cele trei domenii BRCT care poartă factorul DDR proximal MCPH1 interacționează, de asemenea, cu TRF2. Mutațiile MCPH1 sunt asociate cu defecte de dezvoltare și incidență crescută a tumorii ., Celulele epuizate MCPH1 prezintă niveluri scăzute de BRCA1 și Chk1 și sunt defecte în punctul de control G2/M.un rol esențial în integritatea telomerilor este, de asemenea, atribuit BRCA2, o componentă cheie a căii de reparare a ADN-ului HR. BRCA2 se asociază cu telomerii în timpul fazelor ciclului celular S / G2 și pare să faciliteze încărcarea recombinazei RAD51 . Prin urmare, activitatea HR mediată de BRCA2 este necesară pentru întreținerea lungimii telomerilor. Aceste constatări pot explica, cel puțin parțial, telomerii mai scurți găsiți în tumorile mamare umane mutante BRCA2., Prin urmare, disfuncția telomerilor poate fi, de asemenea, implicată în instabilitatea genomică observată în cancerele mamare și ovariene cu deficit de BRCA2 .
în total, un număr de molecule de reparare a ADN-ului, care fac parte Colectiv din căile de anemie HR, NHEJ, NER și Fanconi s-au dovedit a fi recrutați la telomere, TRF2 funcționând în principal ca un hub proteic., În condiții normale, semnalizarea ATM/ATR, după de-protecție din cauza lungimii scurte a telomerilor și a „retragerii” ulterioare a celulei (senescență / apoptoză) face parte din mecanismul de protecție normal, de inițiere a tumorii împotriva celulelor destabilizate de genom. În celulele care poartă o lungime normală a telomerilor există relații inhibitoare între aceste sisteme diferite de reparare a ADN-ului, împiedicând activarea reciprocă.telomerii fac parte din structura heterocromatinei, ceea ce înseamnă că semnalele specifice definesc locația lor în nucleu., Deși se așteaptă ca telomerii să fie, prin definiție, capete cromozomiale stabile și inerte, totuși par a fi complexe nucleoproteice dinamice implicate și în remodelarea cromatinei. Recrutarea de heterochromatin proteina de legare HP1 , îmbogățit tri-metilare de histone H3 lizină 9 (H3K9) și H4K20 , precum și de metilare de CpG dinucleotides în subtelomeric ADN repetă susține această afirmație. Aceste semne heterocromatice sunt înlocuite de caracteristicile cromatinei deschise (acetilare crescută pe cozile histonei etc.) când telomerii devin mai scurți., Astfel de modificări implică faptul că este necesară o lungime minimă a telomerilor pentru a menține conformația heterocromatinei la capetele cromozomilor, o structură care se poate schimba în urma uzurii telomerilor. Mai mult, telomerii și complexul shelterin ar trebui să-și slăbească structura strânsă în timpul replicării cromozomilor și să-și restabilească forma compactă după terminarea duplicării ADN-ului. O slăbire analogă a structurii telomerilor ar trebui să fie necesară în cazurile de restaurare a telomerilor fie prin mecanisme de telomerază, fie prin mecanisme de reparare a ADN-ului, deși posibil prin proceduri distincte., Pentru a obține această plasticitate, cromatina trebuie remodelată printr-un număr de enzime, conform unui cod local de histonă . Un număr de modificări histone sunt implicate în cazul în care interacțiuni distincte histone coada-proteine promova telomere relaxare structura complexa sau compresie . Ca un exemplu, SIRT6 (o histone H3K9 deacetylase care modulează telomeric cromatinei) epuizarea experimentele de interferenta ARN-ului furnizat dovezi de crescut nucleare deteriorarea ADN-ului și formarea de telomerilor disfuncție induse de focare., Aceste experimente au sugerat că SIRT6 protejează celulele endoteliale din telomerilor și genomice deteriorarea ADN-ului, prevenind astfel o scădere în osteoblasti capacitatea și debutul de senescență prematură, în acest caz particular implicat în menținerea endoteliale homeostatic funcții și întârzierea îmbătrânirii vasculare.
un Alt important set de factori implica în telomerilor biologie este de produse de ATRX și DAXX de gene, care sunt implicate în remodelarea cromatinei împreună cu histone H3.3 ., Mutațiile sau ștergerile din acești loci genetici au fost corelate direct cu statusul ALT+ pe liniile celulare sau tumorile în sine . Conform acestor constatări, screening-ul pentru ATRX/DAXX mutații/expresie poate reprezenta cel mai mult – până la data de – fiabil marker pentru tumorile care au ales ALT TMM cale.,
în mod Colectiv, este buna de asamblare de shelterins în telomerii, care este esențială pentru stabilitatea cromozomului (diferentiaza capetele cromozomilor din ADN ds pauze și previne pierderea de informații genetice fie prin nucleolytic atac (exonuclease mediate de degradare) sau aberant de cromozomi fuziuni și nedorite de recombinare, în timpul unei celule durata de viata., Împreună cu o structură corespunzătoare, funcționale, de coordonare control TMM și activitatea telomerazei sunt strict reglementate de-a lungul ciclului celular de o serie de implicat accesoriu factori, tranzitor recrutat de shelterin complexe / subcomplexes .în afară de rolul lor de protecție, interacțiunea adecvată a shelterinelor cu componentele mașinilor de reparare a ADN-ului, precum și componentele telomerazei și recrutarea telomerazei, permite restaurarea telomerilor atunci când este cazul., Importanța structurii-funcției corecte a componentelor shelterin în biologia telomerilor și formarea cancerului, împreună cu bolile asociate telomerilor, sunt descrise prin asocierea detectării mutației în TIN2, adică în multe dintre aceste cazuri .