genetisk materiale opbevares inde i celler i strukturer kaldet kromosomer, som har en gentagen sekvens kendt som en telomer i hver ende. Specialiserede proteiner binder til disse sekvenser for at danne en beskyttende ‘hætte’, der beskytter kromosomet og forhindrer det i at smelte sammen med andre kromosomer. Telomerasen hjælper også med at opretholde kromosomer ved at tilføje gentagne sekvenser af DNA til enderne af telomerer.
et af de mest undersøgte cappingmolekyler er et protein kaldet Cdc13, der binder til visse typer enkeltstrenget DNA i spirende gær og danner et kompleks med to andre proteiner (Stn1 og Ten1), der rekrutterer telomerase (2012). Flere beviser tyder på, at dette cst-kompleks også rekrutterer en DNA-replikation kaldet primase-Pola, og kan regulere aktiviteten af dette DNA i enderne af kromosomer såvel som andre steder i genomet (Giraud-Panis et al., 2010; Price et al., 2010; Barbero Barcenilla og Shippen, 2019).
lignende komplekser er også blevet identificeret i andre eukaryoter, herunder pattedyr, som indeholder Stn1, Ten1 og et andet protein kaldet CTC1 inden for deres CST-kompleks (Giraud-Panis et al., 2010; Price et al., 2010). Det har imidlertid vist sig udfordrende at udarbejde de roller, der udføres af de forskellige proteiner i CST-komplekset, fordi celler, der kun mangler et af disse proteiner, kæmper for at overleve (figur 1a). Nu, i eLife, rapporterer Jin-Chiu og kolleger ved det kinesiske videnskabsakademi og ShanghaiTech University-herunder Ji – Jing som første forfatter-resultaterne af eksperimenter, der hjælper med at forbedre vores forståelse af CST – komplekset., 2020).
Cdc13 og telomerase er afgørende for at opretholde lineære kromosomer.
(a) gærceller med flere lineære kromosomer kræver afdækningsproteinet Cdc13 for at beskytte deres telomerer og forhindre kromosomer i at smelte sammen. Uden dette protein kan disse celler ikke overleve. (B) celler, der har et enkelt lineært kromosom, kan overleve uden Cdc13 ved at smelte enderne af deres kromosom sammen for at danne en cirkulær ring. Celler med flere lineære kromosomer er i stand til at overleve ved at anvende DNA-rekombinationsveje, som kan forstærke telomersekvensen eller de DNA-segmenter, der sidder mellem kromatin-og telomersekvensen. (D) celler med et enkelt lineært kromosom overlever tabet af telomerase ved at smelte sammen for at danne et cirkulært kromosom ved hjælp af homolog rekombination, svarende til hvad der sker i celler, der mangler proteinet Cdc13.
Billedkredit: Constance Nugent og Katsunori Sugimoto.
først, vu et al. undersøgt, hvordan sletning af CST-komplekset påvirkede levedygtigheden af en stamme af spirende gær, hvor alle dens 16 kromosomer blev smeltet sammen til dannelse af et enkelt cirkulært kromosom (Shao et al., 2019). De fandt ud af, at fjernelse af CST ikke forhindrede cellerne i at sprede sig eller føre til flere celledødsfald, selv når det cirkulære kromosom indeholdt de gentagne telomer-sekvenser. Det ser derfor ud til, at cst-kompleksets hovedrolle er at opretholde lineære kromosomer og forhindre kromosomer i at smelte sammen med andre kromosomer, og at det ikke er vigtigt for replikation af interne telomer-sekvenser.
ud over at danne en cirkulær ring kan de 16 kromosomer af spirende gær også smeltes sammen til dannelse af et enkelt lineært kromosom (Shao et al., 2018). Et al. fandt, at fjernelse af CST-komplekset i høj grad reducerede levedygtigheden af disse celler, men nogle af disse celler var i stand til at overleve ved at smelte enderne af deres lineære kromosom til dannelse af en cirkulær ring (figur 1b). Individuelt sletning af de gener, der koder for de forskellige proteiner i CST-komplekset, afslørede, at celler, der manglede Cdc13, viste en højere fusionshastighed end celler, der manglede generne for Stn1 og Ten1. Dette antyder, at Cdc13 spiller en dominerende rolle i inhiberingen af fusion af kromosomer, og at Stn1 og Ten1 bidrager til beskyttelsen af telomerer uafhængigt af Cdc13. Detaljerne i denne mekanisme er dog stadig uklare og kræver yderligere undersøgelse.
i vildtypeceller, der indeholder flere kromosomer, er det sjældent at finde smeltede eller cirkulære kromosomer, selv når aktiviteten af telomerase er kompromitteret: dette skyldes, at celler kan udvide og vedligeholde telomerer ved hjælp af en mekanisme kaldet homologistyret rekombination, der reparerer dobbeltstrengede brud i DNA (figur 1C). Imidlertid, vu et al. at reducere antallet af kromosomer førte til, at der blev påvist flere fusioner i celler, der manglede telomerase. Dette antyder, at reduktion af antallet af kromosomer øger sandsynligheden for, at celler vil være i stand til at producere cirkulerede kromosomer og overleve tabet af telomerase.
man troede, at sammensmeltning af de to ender af det entallige lineære kromosom ville stole på en DNA-reparationsvej kaldet nonhomologous end-joining (NHEJ) – vej (Haber, 2016). Imidlertid, vu et al. demonstreret, at i fravær af telomerase var kromosomfusion afhængig af Rad52, som spiller en kritisk rolle i den homologe rekombination af DNA-pauser i spirende gær (figur 1D). Det er muligt, at cellerne, der anvendes i denne undersøgelse, er afhængige af Rad52-vejen til kromosomcirkularisering, fordi det enkelte kromosom har en omvendt telomer-sekvens nær den ene ende af kromosomet. Hvis en sådan sekvens blev slettet, kan celler gennemgå end-to-end fusion gennem NHEJ-vejen, der er mere almindelig i humane celler (Palm and De Lange, 2008). Yderligere eksperimenter viste, at dette fund ikke skyldtes et tab i NHEJ-aktivitet, og at denne vej er i stand til at smelte lineariserede plasmider i spirende gærceller.
et al. giver ny indsigt i, hvordan kromosomer smelter sammen, og hvordan telomerer opretholdes uafhængigt af telomerasen. Desuden kan resultaterne fra denne undersøgelse gå ud over gær og forbedre vores forståelse af forskellige humane medicinske syndromer forårsaget af enderne af kromosomer, der smelter sammen for at danne ringformer (Pristyayuk og Mensorov, 2018).