material genético é armazenado no interior das células em estruturas chamadas cromossomas, que têm uma sequência repetitiva conhecida como telómero em cada extremidade. As proteínas especializadas ligam-se a estas sequências para formar uma “tampa” protectora que protege o cromossoma e o impede de se fundir com outros cromossomas. A enzima telomerase também ajuda a manter os cromossomas adicionando sequências repetitivas de ADN às extremidades dos telómeros.
Um dos mais estudados nivelamento moléculas de uma proteína chamada Cdc13 que se liga a determinados tipos de single-stranded DNA em brotamento de levedura, e forma um complexo com duas outras proteínas (Stn1 e Ten1), que recruta telomerase (Wellinger e Zakian, 2012). Várias linhas de evidência sugerem que este complexo de CST também recruta uma enzima de replicação de DNA chamada primase-Pola, e pode regular a atividade desta enzima no final dos cromossomos, bem como outras localizações no genoma (Giraud-Panis et al., 2010; Price et al., 2010; Barbero Barcenilla e Shippen, 2019).
complexos similares também foram identificados em outros eucariotas, incluindo mamíferos, que contêm Stn1, Ten1, e outra proteína chamada CTC1 dentro de seu complexo CST (Giraud-Panis et al., 2010; Price et al., 2010). No entanto, provou-se desafiador para trabalhar os papéis desempenhados pelas diferentes proteínas no complexo CST porque as células que não têm apenas uma dessas proteínas lutam para sobreviver (figura 1A). Agora, em eLife, Jin-Qiu Zhou e colegas de trabalho na Academia Chinesa de Ciências e na Universidade ShanghaiTech-incluindo Zhi-Jing Wu como primeiro autor-relatam os resultados de experimentos que ajudam a melhorar a nossa compreensão do complexo CST (Wu et al., 2020).
Cdc13 e telomerase são essenciais para a manutenção de cromossomos lineares.
(A) as células de levedura com múltiplos cromossomas lineares requerem a proteína de cobertura Cdc13 para proteger os seus telómeros e prevenir a fusão dos cromossomas. Sem esta proteína estas células não podem sobreviver. B) as células com um único cromossoma linear podem sobreviver sem Cdc13 fundindo as extremidades do seu cromossoma para formar um anel circular. C) na ausência da enzima telomerase, as células com múltiplos cromossomas lineares são capazes de sobreviver utilizando vias de recombinação do ADN que podem amplificar a sequência telomere ou os segmentos de ADN que se situam entre a sequência cromatina e telomere. D) As células com um único cromossoma linear sobrevivem à perda da telomerase fundindo-se para formar um cromossoma circular utilizando recombinação homóloga, semelhante ao que acontece nas células sem a proteína Cdc13.
crédito de imagem: Constance Nugent e Katsunori Sugimoto.
Primeiro, Wu et al. investigou como a eliminação do complexo CST afetou a viabilidade de uma estirpe de levedura em que todos os seus 16 cromossomos foram fundidos para formar um único cromossomo circular (Shao et al., 2019). Eles descobriram que a remoção de CST não impediu as células de proliferarem ou levar a mais mortes celulares, mesmo quando o cromossomo circular continha as sequências telômeras repetitivas. Parece, portanto, que o principal papel do complexo CST é manter cromossomas lineares e impedir que os cromossomas se fundam com outros cromossomas, e que não é essencial para a replicação de sequências telômeras internas.
além de formar um anel circular, os 16 cromossomas da levedura em crescimento também podem ser fundidos para formar um único cromossoma linear (Shao et al., 2018). Wu et al. descobriu-se que a remoção do complexo CST reduziu significativamente a viabilidade destas células, mas algumas delas foram capazes de sobreviver fundindo as extremidades do seu cromossoma linear para formar um anel circular (figura 1B). A exclusão individual dos genes que codificam as diferentes proteínas do complexo CST revelou que as células que não possuem Cdc13 apresentavam uma maior taxa de fusão do que as células que não possuem os genes para Stn1 e Ten1. Isto sugere que o Cdc13 desempenha um papel dominante na inibição da fusão dos cromossomas, e que o Stn1 e o Ten1 contribuem para a proteção de telómeros independentemente do Cdc13. No entanto, os pormenores deste mecanismo continuam a ser pouco claros e exigem uma investigação mais aprofundada.
em células de tipo selvagem que contêm múltiplos cromossomas, é raro encontrar cromossomas fundidos ou circulares, mesmo quando a actividade da telomerase foi comprometida: isto porque as células podem estender-se e manter telómeros utilizando um mecanismo chamado recombinação homológica que repara quebras de cadeia dupla no ADN (figura 1C). No entanto, Wu et al. descobriu-se que a redução do número de cromossomas levou à detecção de mais perfusões em células sem a enzima telomerase. Isto sugere que a redução do número de cromossomas aumenta a probabilidade de as células serem capazes de produzir cromossomas circularizados e sobreviver à perda da telomerase.Pensou-se que a fusão das duas extremidades do cromossoma linear singular dependeria de uma via de reparação do ADN Chamada via de junção final não-homóloga (NHEJ) (Haber, 2016). No entanto, Wu et al. demonstrou que, na ausência de telomerase, a fusão dos cromossomas dependia de Rad52, que desempenha um papel fundamental na recombinação homóloga das fracturas do ADN na levedura em formação (figura 1D). É possível que as células utilizadas neste estudo dependam da via Rad52 para a circularização cromossómica porque o cromossoma único tem uma sequência telomérica invertida perto de uma extremidade do cromossoma. Se essa sequência fosse apagada, as células poderiam sofrer fusão extremo-a-extremo através da via NHEJ que é mais comum nas células humanas (Palm e de Lange, 2008). Experimentos adicionais mostraram que este achado não foi devido a uma perda na atividade do NHEJ e que esta via é capaz de fundir plasmídeos linearizados em células de levedura.
the work of Wu et al. fornece novas informações sobre como os cromossomas se fundem e como os telómeros são mantidos independentemente da enzima telomerase. Além disso, os resultados deste estudo podem ir além do fermento e melhorar a nossa compreensão de várias síndromes médicas humanas causadas pelas extremidades dos cromossomas fundindo-se para formar formas de anel (Pristyazhnyuk e Menzorov, 2018).