Genetisk materiale lagres inne i celler i strukturer som kalles kromosomer, som har en repeterende sekvens kjent som en telomer i hver ende. Spesialiserte proteiner binder seg til disse sekvensene for å danne en beskyttende ‘ cap ‘ som beskytter kromosomet og forhindrer det i å smelte sammen med andre kromosomer. Enzymet telomerase bidrar også til å opprettholde kromosomer ved å legge til repeterende sekvenser AV DNA til endene av telomerer.
et av de mest studerte kappemolekylene er et protein kalt Cdc13 som binder seg til visse typer enkeltstrenget DNA i spirende gjær, og danner et kompleks med to andre proteiner (Stn1 Og Ten1) som rekrutterer telomerase (Wellinger og Zakian, 2012). Flere bevislinjer tyder på at DETTE cst-komplekset også rekrutterer ET DNA-replikasjonsenzym kalt primase-Pola, og kan regulere aktiviteten til dette enzymet i endene av kromosomer, så vel som andre steder i genomet (Giraud-Panis et al., 2010; Pris et al., 2010; Barbero Barcenilla og Shippen, 2019).
Lignende komplekser har også blitt identifisert i andre eukaryoter, inkludert pattedyr, som inneholder Stn1, Ten1 og et annet protein KALT CTC1 innenfor DERES CST-kompleks (Giraud-Panis et al., 2010; Pris et al., 2010). Det har imidlertid vist seg utfordrende å trene rollene som utføres av DE forskjellige proteinene i CST-komplekset fordi celler som mangler bare ett av disse proteinene, sliter med å overleve (Figur 1a). Nå, i eLife, rapporterer Jin-Qiu Zhou Og medarbeidere Ved Det Kinesiske Vitenskapsakademiet og ShanghaiTech University-inkludert Zhi – Jing Wu som første forfatter-resultatene av eksperimenter som bidrar til å forbedre vår forståelse AV CST-komplekset (Wu et al., 2020).
Cdc13 og telomerase er avgjørende for å opprettholde lineære kromosomer.
(A) Gjærceller med flere lineære kromosomer krever capping protein Cdc13 for å beskytte sine telomerer og hindre kromosomer fra fusing. Uten dette proteinet kan disse cellene ikke overleve. (B) Celler som har et enkelt lineært kromosom kan overleve Uten Cdc13 ved å fusjonere endene av deres kromosom sammen for å danne en sirkulær ring. (C) i fravær av enzymet telomerase, celler med flere lineære kromosomer er i stand til å overleve ved å ansette DNA rekombinasjon veier som kan forsterke telomer sekvens ELLER DNA segmenter som sitter mellom kromatin og telomer sekvens. Celler med et enkelt lineært kromosom overlever tapet av telomerase ved å fusjonere sammen for å danne et sirkulært kromosom ved hjelp av homolog rekombinasjon, ligner på hva som skjer i celler som mangler Proteinet Cdc13.
bildekreditt: Constance Nugent og Katsunori Sugimoto.
Først Wu et al. undersøkt hvordan sletting AV cst-komplekset påvirket levedyktigheten til en stamme av spirende gjær der alle sine 16 kromosomer ble smeltet sammen for å danne et enkelt sirkulært kromosom (Shao et al., 2019). De fant at fjerning AV CST ikke stoppet cellene fra å proliferere eller føre til flere celledød, selv når det sirkulære kromosomet inneholdt de repeterende telomersekvensene. Det ser derfor ut til at HOVEDROLLEN TIL CST-komplekset er å opprettholde lineære kromosomer og for å forhindre kromosomer i å smelte sammen med andre kromosomer, og at det ikke er avgjørende for replikering av interne telomersekvenser.
i tillegg til å danne en sirkulær ring, kan de 16 kromosomene av spirende gjær også smeltes sammen for å danne et enkelt lineært kromosom (Shao et al., 2018). Wu et al. funnet at fjerning AV CST-komplekset sterkt reduserte levedyktigheten til disse cellene, men noen av disse cellene var i stand til å overleve ved å smelte endene av deres lineære kromosom for å danne en sirkulær ring (Figur 1b). Individuelt sletting av gener som koder FOR DE forskjellige proteinene i CST-komplekset viste at celler som mangler Cdc13, viste en høyere fusjonshastighet enn celler som mangler gener For Stn1 og Ten1. Dette antyder At Cdc13 spiller en dominerende rolle i å hemme fusjonen av kromosomer, Og At Stn1 Og Ten1 bidrar til beskyttelse av telomerer uavhengig Av Cdc13. Imidlertid er detaljene i denne mekanismen fortsatt uklare og krever videre etterforskning.
i villtype celler som inneholder flere kromosomer, er det sjelden å finne smeltede eller sirkulære kromosomer, selv når aktiviteten til telomerase har blitt kompromittert: dette skyldes at celler kan forlenge og opprettholde telomerer ved hjelp av en mekanisme som kalles homologi-rettet rekombinasjon som reparerer dobbeltstrengede brudd I DNA (Figur 1c). Men Wu et al. funnet at reduksjon av antall kromosomer førte til at flere fusjoner ble detektert i celler som manglet enzymet telomerase. Dette antyder at reduksjon av antall kromosomer øker sannsynligheten for at celler vil kunne produsere sirkulariserte kromosomer og overleve tapet av telomerase.
det ble antatt at fusing av de to ender av det singulære lineære kromosomet ville stole PÅ EN DNA-reparasjonsvei kalt DEN ikke-homologe endeforbindelsesveien (Nhej) (Haber, 2016). Men Wu et al. vist at i fravær av telomerase var kromosomfusjon avhengig Av Rad52, som spiller en kritisk rolle i den homologe rekombinasjonen AV DNA-brudd i spirende gjær (Figur 1d). Det er mulig at cellene som brukes i denne studien stole På Rad52-banen for kromosomsirkulasjon fordi det enkle kromosomet har en invertert telomer-sekvens nær den ene enden av kromosomet. Hvis en slik sekvens ble slettet, kan celler gjennomgå ende-til-ende-fusjon gjennom NHEJ-banen som er mer vanlig i humane celler (Palm og De Lange, 2008). Ytterligere eksperimenter viste at dette funnet ikke skyldtes tap I NHEJ-aktivitet, og at denne banen er i stand til å smelte lineariserte plasmider i spirende gjærceller.
wus arbeid et al. gir ny innsikt i hvordan kromosomer smelter sammen og hvordan telomerer opprettholdes uavhengig av telomerase-enzymet. Videre kan funnene fra denne studien gå utover gjær og forbedre vår forståelse av ulike menneskelige medisinske syndromer forårsaket av endene av kromosomer som smelter sammen for å danne ringformer (Pristyazhnyuk Og Menzorov, 2018).