materialul Genetic este stocat în interiorul celulelor în structuri numite cromozomi, care au o secvență repetitivă cunoscută sub numele de telomer la fiecare capăt. Proteinele specializate se leagă de aceste secvențe pentru a forma un capac protector care protejează cromozomul și îl împiedică să fuzioneze cu alți cromozomi. Enzima telomerază ajută, de asemenea, la menținerea cromozomilor prin adăugarea de secvențe repetitive de ADN la capetele telomerilor.
una dintre cele mai studiate molecule de plafonare este o proteină numită Cdc13 care se leagă de anumite tipuri de ADN monocatenar în drojdia în devenire și formează un complex cu alte două proteine (Stn1 și Ten1) care recrutează telomeraza (Wellinger și Zakian, 2012). Mai multe linii de dovezi sugerează că acest complex CST recrutează, de asemenea, o enzimă de replicare a ADN numită primază-Pola și poate regla activitatea acestei enzime la capetele cromozomilor, precum și la alte locații din genom (Giraud-Panis și colab., 2010; preț și colab., 2010; Barbero Barcenilla și Shippen, 2019).
complexe similare au fost identificate și în alte eucariote, inclusiv mamifere, care conțin Stn1, Ten1 și o altă proteină numită CTC1 în complexul lor CST (Giraud-Panis și colab., 2010; preț și colab., 2010). Cu toate acestea, s-a dovedit dificil să se stabilească rolurile îndeplinite de diferitele proteine din complexul CST, deoarece celulele cărora le lipsește doar una dintre aceste proteine se luptă să supraviețuiască (figura 1a). Acum, în eLife, Jin-Qiu Zhou și colegii de la Academia Chineză de științe și Universitatea Shanghai – inclusiv Zhi-Jing Wu ca prim autor – raportează rezultatele experimentelor care ajută la îmbunătățirea înțelegerii complexului CST (Wu și colab., 2020).
Cdc13 și telomeraza sunt esențiale pentru menținerea cromozomilor liniari.
(a) Celulele de drojdie cu cromozomi liniari multipli necesită proteina de acoperire Cdc13 pentru a-și proteja telomerii și pentru a preveni fuziunea cromozomilor. Fără această proteină, aceste celule nu pot supraviețui. (B) celulele care au un singur cromozom liniar pot supraviețui fără Cdc13 prin fuzionarea capetelor cromozomului lor pentru a forma un inel circular. (C) în absența enzimei telomerază, celulele cu cromozomi liniari multipli sunt capabile să supraviețuiască prin utilizarea căilor de recombinare a ADN-ului care pot amplifica secvența telomerilor sau segmentele ADN care se află între secvența cromatinei și telomerilor. (D) celulele cu un singur cromozom liniar supraviețuiesc pierderii telomerazei prin fuzionarea împreună pentru a forma un cromozom circular folosind recombinare omoloagă, similar cu ceea ce se întâmplă în celulele lipsite de proteina Cdc13.
credit Imagine: Constance Nugent și Katsunori Sugimoto.
în primul rând, Wu și colab. a investigat modul în care ștergerea complexului CST a afectat viabilitatea unei tulpini de drojdie în devenire în care toți cei 16 cromozomi ai săi au fost topiți împreună pentru a forma un singur cromozom circular (Shao și colab., 2019). Ei au descoperit că eliminarea CST nu a oprit celulele să prolifereze sau să ducă la mai multe decese celulare, chiar și atunci când cromozomul circular conținea secvențele repetitive de telomeri. Prin urmare, se pare că rolul principal al complexului CST este menținerea cromozomilor liniari și prevenirea fuziunii cromozomilor cu alți cromozomi și că nu este esențial pentru replicarea secvențelor interne de telomeri.
pe lângă formarea unui inel circular, cei 16 cromozomi ai drojdiei în devenire pot fi, de asemenea, fuzionați împreună pentru a forma un singur cromozom liniar (Shao și colab., 2018). Wu și colab. s-a constatat că îndepărtarea complexului CST a redus foarte mult viabilitatea acestor celule, dar unele dintre aceste celule au reușit să supraviețuiască prin topirea capetelor cromozomului lor liniar pentru a forma un inel circular (figura 1b). Ștergerea individuală a genelor care codifică diferitele proteine ale complexului CST a arătat că celulele lipsite de Cdc13 au prezentat o rată mai mare de fuziune decât celulele care lipsesc genele pentru Stn1 și Ten1. Acest lucru sugerează că Cdc13 joacă un rol dominant în inhibarea fuziunii cromozomilor și că Stn1 și Ten1 contribuie la protecția telomerilor independent de Cdc13. Cu toate acestea, detaliile acestui mecanism rămân încă neclare și necesită investigații suplimentare.
în celulele de tip sălbatic care conțin cromozomi multipli, este rar să se găsească cromozomi fuzionați sau circulari, chiar și atunci când activitatea telomerazei a fost compromisă: acest lucru se datorează faptului că celulele pot extinde și menține telomerii folosind un mecanism numit recombinare direcționată prin omologie care repară pauzele dublu catenare în ADN (figura 1C). Cu toate acestea, Wu și colab. s-a constatat că reducerea numărului de cromozomi a dus la detectarea mai multor fuziuni în celulele lipsite de enzima telomerază. Acest lucru sugerează că reducerea numărului de cromozomi crește probabilitatea ca celulele să poată produce cromozomi circularizați și să supraviețuiască pierderii telomerazei.
se credea că fuzionarea celor două capete ale cromozomului liniar singular se va baza pe o cale de reparare a ADN-ului numită calea nhej (Haber, 2016). Cu toate acestea, Wu și colab. a demonstrat că, în absența telomerazei, fuziunea cromozomilor depindea de Rad52, care joacă un rol critic în recombinarea omoloagă a rupturilor ADN în drojdia în devenire (figura 1D). Este posibil ca celulele utilizate în acest studiu să se bazeze pe calea Rad52 pentru circularizarea cromozomilor, deoarece cromozomul unic are o secvență de telomeri inversată aproape de un capăt al cromozomului. Dacă o astfel de secvență ar fi ștearsă, celulele ar putea suferi fuziune end-to-end prin calea NHEJ care este mai frecventă în celulele umane (Palm și de Lange, 2008). Experimente suplimentare au arătat că această constatare nu s-a datorat unei pierderi a activității NHEJ și că această cale este capabilă să fuzioneze plasmidele liniarizate în celulele de drojdie în devenire.
lucrarea lui Wu și colab. oferă noi perspective asupra modului în care cromozomii fuzionează împreună și a modului în care telomerii sunt menținuți independent de enzima telomerazei. Mai mult decât atât, rezultatele acestui studiu ar putea merge dincolo de drojdie și de a îmbunătăți înțelegerea noastră a diferitelor sindroame medicale umane cauzate de capetele cromozomilor care fuzionează pentru a forma forme de inel (Pristyazhnyuk și Menzorov, 2018).