1. TELOMERO
Los telómeros son los extremos de los cromosomas. Son regiones de ADN no
codificante, altamente repetitivas, cuya función principal es la estabilidad
estructural de los cromosomas en las células eucariotas, la división celular y el
tiempo de vida de las estirpes celulares. Además están involucradas en
enfermedades tan importantes como el cáncer.
Los organismos procariotas con cromosomas circulares no poseen telómeros.
Algunos procariotas poseen cromosomas lineales con secuencias teloméricas,
cuya secuencia es diferente a la de eucariotas.
ESTRUCTURA TELOMERO
En los humanos, el ADN del telómero está constituido por repeticiones
hexaméricas del tipo TTAGGG, encontrándose mayor número de
repeticiones en el 3’ terminal, el cual finaliza en repetidos hexaméricos
de cadena simple, haciendo a esta porción más larga que la hebra
complementaria 5’-terminal. Acompañando a las secuencias repetitivas
del ADN telomerico, en sentido 5’ hacia el centromero, se encuentran
secuencias ricas en GC llamadas secuencias subteloméricas, las cuales
poseen bajo número de repeticiones hexamericas y aunque estas no
participan directamente en la homeostasis del telómero, su estructura
puede jugar un papel importante en la formación de la estructura del
telosoma. Es importante destacar que aunque la secuencia telomérica
se encuentra conservada en muchos organísmos, el tamaño del 3’
terminal u “overhang” es especie específica40, asi como también
muchas de las proteínas encargadas de la elongación. Esto indica que la
longitud del telómero ha sido una de las características más importantes
para el mantenimiento de la integridadcromosomal y además evidencia
las distintas adaptaciones, de las diferentes especies, a los dictados de
su biología celular.
Los telómeros humanos poseen longitud variable según las diferentes
células; así, la de las células germinales fluctúa entre 10 y 15 kb,
mientras que la de los leucocitos de sangre periférica, entre 5 y 12 kb.
Las repeticiones hexaméricas que se encuentran en simple cadena
permiten al ADN telomérico adoptar estructuras secundarias muy
particulares debido a la interación de los grupos guaninas a través de
enlaces de hidrógeno. Estas estructuras se denominaron quartetos G,
debido a que estan involucrados cuatro grupos de guanina, los cuales
pueden interaccionar intra o inter cadena, los G-cuadrupletes son
2. pliegues que permiten la interacción de varias guaninas de la propia hebra
y que se estabilizan gracias a la interacción con un catión monovalente
como el K+ o el Na+. La topoisomerasa I es la enzima que forma estas
estructuras de G-cuadruplete en humanos.
Estas secuencias ricas en guanina pueden estabilizar los extremos
cromosómicos mediante la formación de estructuras de conjuntos apilados de
unidades de cuatro bases, en lugar de los pares de bases habituales
encontrados en otras moléculas de ADN. Aquí, cuatro bases guanina formar
una placa plana y estos planos de cuatro bases unidades continuación, la pila
en la parte superior de la otra, para formar una estable G-quadruplex
estructura. Estas estructuras se estabilizan mediante enlaces de hidrógeno
entre los bordes de las bases y los quelación de un ion metálico en el centro de
cada unidad de cuatro bases. Otras estructuras también se pueden formar, con
el juego central de cuatro bases procedente de cualquiera de una sola hebra
plegada alrededor de las bases, o varias hebras diferentes paralelos, cada uno
contribuyendo de una base a la estructura central.
Además de estas estructuras apiladas, Los telómeros forman grandes
estructuras de bucle llamados bucles de los telómeros, o T-bucles, que sirven
para secuestrar el extremo terminal de los cromosomas. Aquí, el ADN de una
sola hebra se enrosca alrededor de un largo círculo estabilizado por proteínas
de unión al telómero. Al final del bucle T, el ADN telomérico de una sola hebra
se entrelaza con una región de ADN doble cadena dando lugar a una
estructura de triple hebra denominada bucle de desplazamiento o D-bucle.
7.Diagrama muy esquemático de la disposición de las proteínas del telosoma
de los telómeros de mamífero. En esta localización, el ADN forma un bucle
grande, denominadobucle-T (T-loop). La hebra 3' del ADN termina en forma de
cadena sencilla, constituyendo el "saliente" (overhang) 3' del extremo del
cromosoma. La presencia de cadenas sencillas de ADN libres podría activar los
sistemas de reparación, comprometiendo de esa manera la estabilidad del
telómero. Para que esto no suceda, el extremo 3' invade una zona posterior de
doble cadena del cromosoma, hibridando consigo misma. POT1 estabiliza esta
estructura, que recibe el nombre de bucle-D (D-loop).
El ADN telomérico de Los mamíferos se encuentra asociado a un complejo de
seis proteínas Denominadas shelterinas compuesto por TRF1, TRF2, TIN2,
RAP1, TPP1 y POT1. La principal función de las shelterinas es la De proteger a
los telómeros de las actividades degradativas que se Desencadenan a modo
de respuesta ante las roturas de cadena en el ADN Bicatenario y la
subsecuente aparición de ADN expuesto de cadena sencilla14. Entre las
funciones adicionales de las shelterinas, cabe mencionar las del Reclutamiento
de la telomerasa, la replicación de los telómeros, la cohesión Entre las distintas
3. shelterinas y la formación de estructuras terciarias de ADN Que favorecen la
estabilidad de los telómeros (el denominado t-loop).
La TRF1 se encuentra en la región doble cadena del telómero, mientras que
TRF2 está asociada a la región simple cadena u “overhang”, poseyendo ambas
proteínas un dominio tipo Myb hélice-vuelta-hélice en su región carboxi-terminal
y un dominio de formación en su región central.
La shleterinas
TRF1
La Trf1 humana es una proteína de aproximadamente 60 KDa.
Sólo se presenta en forma de homodímero (dos unidades
idénticas unidas), Los rasgos estructurales más destacados de
esta proteína son: una estructura con 9 α-hélices y la presencia
de un extremo N-terminal rico en aminoácidos con cadena lateral
acídica y dos dominios distintos: Uno próximo al extremo C-terminal
el otro es un motivo central, de unos 200 aminoácidos
exclusivo de la familia de proteínas TRF, conocido como dominio
de homología TRFH.
– Formación y estabilización del bucle.
– Se une con Pot1 para unir el extremo 3’ libre con las
secuencias doble cadena repetitivas.
– Su exceso inhibe a la telomerasa.
– La unión con TIN2 favorece la compactación del DNA,
estabiliza el loop y limita el acceso de la telomerasa.
– Sustrato de ribosilasas (Tankirasa 1 y 2). Ribosilado, pierde
afinidad por el DNA telomérico dejando DNA libre para la
telomerasa.
TERF2
Está presente en dos isoformas.Posee los mismos motivos estructurales
que TERF1, pero no puede heterodimerizar con ésta. Además, otra
diferencia importante es que su extremo N-terminal es básico.
• Estabiliza y permite la unión del extremo 3’ libre al DNA doble cadena
• Se une a proteínas reguladoras de la longitud del telómero (hRAP1)
• Se une a proteínas reparadoras:
1. complejo MRE11 = repara DNA doble cadena
DNA PK = impide la fusión de los telómeros
4. TPP1
La isoforma 1 codificada por POT1 es una proteína de 71
KDa perteneciente a la familia de la telombina y contiene
634 aminoácidos.
Se une a POT1 por su extremo carboxilo. Esta unión es tan constante, y
se observa una estequiometría in vivo tan próxima a 1:1, que con
frecuencia se habla del "heterodímero POT1-TPP1".42 43 Parece que
esta interacción es necesaria para la localización de POT1 en telómeros,
y así mismo para la regulación de la longitud de los mismos
interactuando con la telomerasa conjuntamente.
Tin2
El gen que codifica la proteína Tin2 humana, TINF2, consta de nueve
exones en una secuencia de 3032 pares de bases, dando lugar a dos
transcritos, la isoforma 1, con los nueve exones y 451 aminoácidos y
una alternativa de seis exones.
Rap1
La proteína Rap1 humana está codificada por el gen TERF2IP,
localizado en el cromosoma 16 (16q23.1), con pseudogenes en el
cromosoma 5 y 22.
ESTRUCTURA DE TELOMERASA
En la mayoría de los mamíferos, el mantenimiento de la longitud
telomérica se lleva a cabo principalmente por una retrotranscriptasa
específica, llamada telomerasa, que inicialmente se identificó en
ciliados7. La holoenzimatelomerasa humana es una ribonucleoproteína
(RNP) compuesta por la subunidad catalítica hTERT, un componente de
ARN (hRT) que actúa como molde para la adición de la secuencia corta
repetitiva d(TTAGGG) en el extremo 3' del ADN telomérico, y proteínas
accesorias específicas42. Estas proteínas accesorias regulan la
biogénesis de la telomerasa, su localización subcelular, y la función in
vivo. El análisis de la telomerasa purificada por afinidad a partir de
células HeLa ha permitido identificar como componentes integrales de la
telomerasa humana a varias proteínas, tales como disquerina, NHP2;
NOP10, Pontin / Reptin, GAR1 y TCAB1 (Fig. 2). El
heterotrímerodisquerina, NHP2 y NOP10 es necesario para la
estabilidad y la acumulación in vivo del ARN de la telomerasa humana
(hTR)43. La asociación del heterotrímero y GAR1 a hTR permite una
RNP biológicamente funcional. Pontina y reptina son dos ATPasas que
5. interactúan con TERT en la fase S del ciclo celular, evidenciando una
regulación dinámica de TERT dependiente del ciclo celular. La depleción
de pontina y reptina perjudica notablemente la acumulación de la RNP
telomerasa, lo que indica que estas proteínas tienen un papel esencial
en el montaje de la telomerasa in vivo. El modelo actual contempla a
disquerina, pontina y reptina como un andamio que recluta y estabiliza a
hTR, y permite el ensamblado de la ribonucleoproteínatelomerasa. Una
vez formado este complejo, se cree que pontina y reptina se disocian del
complejo y liberan la enzima catalíticamente activa44. Pontina y reptina
tienen múltiples roles, incluyendo la regulación transcripcional,
reparación de daños en el ADN y la actividad de la telomerasa. También
pueden interactuar con los principales actores oncogénicos tales como
ß-catenina y c-myc y regular su función oncogénica.
La ubicación subcelular de la telomerasa parece estar regulada por el
factor TCAB145, pero se necesitan más estudios para dilucidar el
significado bioquímico y molecular de la intrincada red de interacciones
proteína-proteína y proteína-ácidos nucleicos dentro de la holoenzima
telomerasa. Además, será importante investigar como varía la
composición de la holoenzima en las etapas específicas del ciclo celular.
Las células normales diploides humanas que expresan hTERT en forma
transitoria, adquieren actividad telomerasa, lo que demuestra que
hTERT podría ser el componente limitante necesario para la
restauración de la actividad de la telomerasa46.
Además de su asociación con la telomerasa, la disquerina es una
proteína nucleolar altamente conservada que forma parte de una RNP
nucleolar especializada en la catálisis de la pseudo-uridilación de
residuos específicos en los ARN ribosomales recién sintetizadas y en los
snRNA del spliceosoma47.
El alargamiento de los telómeros por la telomerasa es un proceso que
ocurre en diferentes etapas. En primer lugar, los nucleótidos del extremo
3' del ADN telomérico se hibridan con el extremo de ARN molde en el
interior del dominio de ARN del complejo telomerasa. La secuencia
6. molde de 11 nucleótidos es complementaria a casi dos repeticiones
teloméricas. En segundo lugar, la brecha en el extremo del molde se
completa por síntesis, utilizando nucleótidos trifosfato en el sitio catalítico
de la enzima (hTERT). Por último, la cadena sintetizada se transloca en
dirección 5' con el fin de permitir la formación de una nueva brecha y la
repetición del ciclo.
Fig. 2.- Holoenzimatelomerasa. Complejo de proteínas asociadas a la subunidad
catalítica de la telomerasa TERT.
7. FUNCIONES DEL TELOMERO:
Algunas de las otras funciones como lo son:
Preservar la integridad del cromosoma
Evita la fusión del los extremos del cromosoma
En la meiosis: apareamiento y recombinación homologa
El acortamiento de los telómeros en cada ciclo de división celular a causa del
fenómeno descrito puede suponer la pérdida de información genética
importante y con ello el deterioro y la muerte de la célula. Para paliar este grave
problema los organismos eucariontes se han dotado de un enzima, la
telomerasa, que tiene la función de reparar los telómeros en cada ciclo de
división celular evitando así su acortamiento.
8. LA TELOMERASA:
La telomerasa es un enzima con actividad de DNA polimerasa que lleva
incorporado como grupo prostético un oligonucleótido de RNA que sirve de
molde para sintetizar una cadena complementaria de DNA. Los telómeros
poseen unas secuencias repetitivas de DNA parcialmente complementarias con
el molde de RNA interno de la telomerasa. Cuando estas secuencias se
aparean, dicho molde interno es utilizado para alargar el extremo 3’
sobresaliente del telómero. Se producen varios ciclos de alargamiento y a
continuación la maquinaria replicativa ordinaria coloca un fragmento de
Okazaki adicional en el extremo 5’ defectuoso, de manera que, aunque
posteriormente se eliminará el cebador de este fragmento, el tramo de DNA así
sintetizado compensa el acortamiento del telómero (Figura 19.30).
Gracias a la acción de la telomerasa la longitud de los telómeros
permanece aproximadamente constante a lo largo de las sucesivas
generaciones celulares. Sin embargo, se ha comprobado que la actividad de
este enzima varía considerablemente entre distintos tipos de células
eucariotas. Se muestra particularmente activa en los organismos eucariontes
unicelulares y en las células germinales de los pluricelulares (células en las que
la conservación de la integridad del genoma es inexcusable), pero esta
actividad decae considerablemente en las células somáticas de estos últimos.
Así, cuando estas células se dividen sucesivamente sus telómeros se van
acortando hasta que su información genética resulta afectada con el
consiguiente deterioro y muerte celular.
Se ha especulado mucho con la idea de que el acortamiento de los
telómeros en las células somáticas pueda estar relacionado con los procesos
de envejecimiento general del organismo y de que una potenciación de la
actividad de la telomerasa en estas células pudiera resultar útil para retrasarlo.
Existe un grave inconveniente: la actividad de la telomerasa es particularmente
alta en la mayoría de las células tumorales. En realidad, la desactivación de
este enzima en las células somáticas podría funcionar como un eficaz
mecanismo de prevención del cáncer, ya que el acortamiento de los telómeros
actuaría como una especie de reloj biológico que conduciría a la muerte celular
antes de que una célula pueda acumular las mutaciones necesarias para
convertirse en tumoral. Por el contrario, las células portadoras de una mutación
que reactive la telomerasa serían candidatas a convertirse en cancerígenas. El
bloqueo selectivo de la actividad de la telomerasa en estas células podría
constituir una vía para el tratamiento de esta enfermedad.
9.
10. ANEXO:
Los telómeros, que tapa el extremo de los cromosomas, terminan en una
estructura de lazo-denominan como un t-bucle. Este es un bucle de ambas
cadenas del cromosoma que se unen a un punto anterior en el ADN de doble
cadena por la 3 'hebra final invadir el par hebra para formar un bucle D; una
proteína especial estabiliza la articulación. El t-bucle que se completa con el
empalme de lazo D protege el extremo de los cromosomas de los daños.
En los extremos de los cromosomas lineales son regiones especializadas de
ADN llamadas telómeros. La función principal de estas regiones es permitir a la
célula para replicar cromosoma termina usando la enzima telomerasa, como
las enzimas que normalmente replicar el ADN no puede copiar el extremo 3
'extremos de los cromosomas. Estas tapas cromosómicas especializadas
también ayudar a proteger los extremos del ADN , y detener los de reparación
del ADN en los sistemas de la célula de tratarlos como un daño que debe
corregirse. En las células humanas, los telómeros son generalmente longitudes
de ADN de cadena simple que contiene varios miles de repeticiones de una
secuencia TTAGGG simple. [47
Quadruplex ADN formado por telómero se repite. La conformación en bucle de
la columna vertebral del ADN es muy diferente de la hélice de ADN típico.
11. Estas secuencias ricas en guanina pueden estabilizar los extremos
cromosómicos mediante la formación de estructuras de conjuntos apilados de
unidades de cuatro bases, en lugar de los pares de bases habituales
encontrados en otras moléculas de ADN. Aquí, cuatro bases guanina formar
una placa plana y estos planos de cuatro bases unidades continuación, la pila
en la parte superior de la otra, para formar una estable G-quadruplex
estructura. Estas estructuras se estabilizan mediante enlaces de hidrógeno
entre los bordes de las bases y los quelación de un ion metálico en el centro de
cada unidad de cuatro bases. Otras estructuras también se pueden formar, con
el juego central de cuatro bases procedente de cualquiera de una sola hebra
plegada alrededor de las bases, o varias hebras diferentes paralelos, cada uno
contribuyendo de una base a la estructura central.
Además de estas estructuras apiladas, los telómeros también forman grandes
estructuras de bucle bucles llamados telómeros, o t-bucles. Aquí, el ADN de
cadena sencilla enrosca en un círculo largo estabilizada por proteínas de unión
a los telómeros. En el extremo de la T-loop, el ADN de cadena sencilla del
telómero se lleva a cabo en una región de ADN de doble cadena por la hebra
telómero perturbar el ADN de doble hélice y el emparejamiento de bases a una
de las dos hebras. Esta triple cadena estructura se denomina un bucle de
desplazamiento o D-loop.
