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Telómeros

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I.ESTRUCTURA DEL TELÓMERO DE MAMÍFEROS

Todoslos cromosomas eucarióticos están delimitados portelómeros, que son estructuras formadas por ADN y proteínasasociadas situadas en los extremos de los cromosomas lineares.

I.1.Secuencia de ADN

• Losextremos de los cromosomas lineares están formados porrepeticiones de la secuencia (TTAGGG).

• Estaunidad de seis nucleótidos o hexámeros se puedeencontrar repetida hasta unas 2.000 veces (ocupando hasta 15 kb deADN).

• Encada ciclo celular se pierde un fragmento de 50-150 pb del extremede los cromosomas.

• Esta"erosión" natural de los telómeros es unfenómeno que afecta a numerosos procesos celulares (verabajo).

I.2.Bucles-t, bucles-G, bucles-D

• Lostelómeros tiene un extremo protuberante o monocatenario en 3'rico en G's.

• Cuandoel extremo monocatenario se enrolla sobre sí mismo y emparejacon las repeticiones de hexámeros bicatenarias se forma unbucle-t; conforme la hebra rica en G desplaza a una de hebras de lasrepeticiones se forma un bucle-D o de desplazamiento.

• Laformación de bucles-t confiere a la estructura ciertaprotección frente a las exonucleasas.

I.3.Componente proteico

Lasproteínas de unión a los telómeros incluyen:

I.3.1.TRF1 (factor 1 de unión a las repeticionesteloméricas, telomeric repeat binding factor 1)

• Seexpresa de manera ubicua a lo largo del ciclo celular.

• Seune a la repetición TTAGGG como homodímero (en losbucles-t) con gran especificidad.

• Inhibela elongación dependiente de telomerasa en cis.

• Participaen la regulación del huso mitótico.

• Asu vez está regulado por las proteínas TIN2, TANK1 yTANK2 (ver abajo).

• ESun regulador negativo de la longitud del telómero (víadependiente de telomerasa).

• Algunosdatos sugieren un cierto papel de TRF1 en la respuesta a lasroturas bicatenarias de ADN (DSBs, double-strand breaks).

  I.3.2.TRF2 (factor 2 de unión a las repeticionesteloméricas, telomeric repeat binding factor 2)

• Seexpresa de manera ubicua a lo largo del ciclo celular.

• Seune a la repetición TTAGGG como homodímero con granespecificidad.

• Selocaliza en los bucles-t, participando en su formación.

• Presentadominios C-terminales homólogos a la familia MYB deprotooncogenes.

• Podríaparticipar en la inhibición de la horquilla de replicación.

• Estabilizalos extremos monocatenarios ricos en G e inhibe las fusionestelómero-telómero.

• Lostelómeros negativos para TRF2 son reconocidos como ADNdañado.

• Esun regulador negativo de la longitud del telómero; de talmanera que sobreexpresión de TRF2 en célulassomáticas = acortamiento de los telómeros.

• Lainhibición de TRF2 causa apoptosis y unión deextremos no homólogos (NHEJ, non-homologous endjoining) de los telómeros.

• Promuevela unión de hRAP1, una proteína asociada a telómeros.

  I.3.3.hRAP1

• Homólogohumano de una proteína de levadura.

• Reguladornegativo, en cis, de la longitud del telómero.

• Elextremo C-terminal media la interacción con TRF2.

• Sufunción está relacionada con la determinaciónde la longitud relativa del telómero.

  I.3.4.TIN2 (Factor nuclear 2 de interacción conTRF1, TRF1-interacting nuclear factor 2)

• Regulala longitud del telómero a través de la unióndel extremo NH2-terminal con TRF1.

• Laproteína TIN2 mutante que carece del extremo NH2-terminalestá relacionada con telómeros más largos.

• Promueveel emparejamiento de las repeticiones teloméricasdependientes de TRF1.

  I.3.5.TANK1/TNKS (tanquirasa, tankyrase; TRF1-interactingankyrin-related polymerase)

• Presentauna actividad polimerasa poli(ADP-ribosa) (PARP, Poly(ADP-ribose)polymerase).

• LaADP-ribosilación mediada por tanquirasa de TRF1 inhibe launión a repeticiones teloméricas.

• Promuevela elongación de los telómeros.

  I.3.6.TANK2/TNKS2 (tanquirasa 2, tankyrase 2):

• Relacionadacon TANK1.

• Susobreexpresión induce la muerte celular.

  I.3.7.WRN (producto del gen del síndrome de Werner) :

• Pertenecea la subfamilia RecQ de las helicasas.

• Necesariapara la replicación del DNA.

• Participaen el control de la estabilidad genómica.

N.B.Por lo tanto, la función del telómero puede estarcomprometida por la alteración de la/s función/es delas proteínas de unión al telómero.

II.FUNCIÓN DEL TELÓMERO

II.1.Estabilidad del cromosoma y protección de sus extremos

• Protecciónfrente a la exonucleasas celulares.

• Protecciónfrente a la unión de extremos no homólogos (NHEJ).

• Permitea las células diferenciar entre los extremos naturales de loscromosomas y el ADN dañado.

• Mantienela integridad de los cromosomas permitiendo la replicaciónsin pérdida de secuencias codificantes.

II.2.Registrador del número de divisiones celulares

• Mantieneun registro del número de divisiones celulares.

• Determinala vida celular y el momento de ocurrencia de la senescenciareplicativa.

II.3.Suministra el mecanismo para replicar los extremos del ADN

• Lareplicación discontinua en la hebra retrasada requiere laparticipación de los fragmentos de Okazaki.

• Latelomerasa (ver abajo) añade repeticiones de hexámerosa los extremos 3', permitiendo a la ADN polimerasa completar lasíntesis de la hebra opuesta.

   

III.MANTENIMIENTO DEL TELÓMERO

III.1.Telomerasa

III.1.1.Componente ARN: hTERC (ARN codificante de telomerasahumana, human Telomerase Encoded RNA)

• ARN:AAUCCC, codificado por hTERC.

• Hacede molde para la síntesis de TTAGGG.

• Seexpresa de manera constitutiva.

  III.1.2.Componente catalítico: hTERT (transcriptasa inversa deltelómero humano, human telomere reversetranscriptase)

• SintetizaADN a partir de un molde ARN.

• Nose expresa en la mayor parte de las células somáticas.

• Lasproteínas asociadas a la telomerasa incluyen hEST2, hTEP1,SSB, DKC1 (disquerina).

  III.1.3.Mecanismo

• Latranscripción inversa realizada por la hTERT sintetiza lassecuencias teloméricas perdidas durante la replicacióndel ADN rutinaria.

• Laactividad hTERT es un factor crítico en la estabilizaciónde los telómeros a través de la adición derepeticiones TTAGGG.

  III.1.4.Expresión

• Másde 90% de las neoplasias están asociadas con unareactivación de la expresión de hTERT.

• hTERTno se expresa en la mayor parte de los tejidos somáticos.

• hTERTse expresa en las células germinales e inmortales.

• Lainactivación de hTERT tiene como consecuencia unacortamiento de los telómeros.

  III.2.Alargamiento alternativo de los telómeros/telómero-independiente(ALT, alternative lengthening of telomeres)

III.2.1. Lalongitud de los telómeros sintetizados por ALT esheterogénea.

III.2.2. Lalongitud de los telómeros es dinámica y cambia demanera regular.

III.2.3. Estemecanismo es activo en las neoplasias sin actividad telomerasa(~10-15- de todas las neoplasias)

III.2.4. Estemecanismo es activo preferencialmente en célulasmesenquimales y derivadas, en comparación con las de origenepitelial.

III.2.5. Losrepresores del mecanismo ALT se expresan en células normalesy en ciertas células sin actividad telomerasa (por ejemplo,la actividad ALT y la actividad telomerasa pueden coexistir en lasmismas células).

III.2.6. Laproporción de células ALT(+) está asociada conlos cuerpos PML o PML NB (cuerpos nucleares de la leucemiapromielocítica, promyelocyticleukemia nuclear body).

• ElPML NB está formado por ADN telomérico, y lasproteínas TRF1, TRF2, y PML.

• ElADN telomérico y las proteínas TRF1, TRF2 y PMLcolocalizan en las células ALT(+).

• Sinembargo, esta colocalización no se observa en las célulastelomerasa (+).

• Existeun papel potencial de los PML NB en la diferenciacióncelular, el crecimiento celular, la apoptosis, y un papel no muyclaro en el mantenimiento de la integridad de los telómeros.


III.2.7. Enel mecanismo de ALT probablemente participa la recombinaciónhomóloga entre los telómeros; las secuencias se copiande un telómeros a otro mediante emparejamiento porcomplementariedad como forma de creación de nuevo ADNtelomérico.

III.2.8. bucle-Gvs bucle-t, bucle-D (ver arriba para una descripción de susfunciones).

III.2.9. Experimentosrealizados en levadura :

• Demuestranla necesidad de los genes de reparación del ADN como RAD50 yRAD51 y las helicasas RecQ para que se lleve a cabo de maneraadecuada la recombinación homóloga.

• Lainhibición de las vías de reparación de basesdesemparejadas parece estimular la vía ALT, presumiblementedebido a que la recombinación homóloga requiere lasproteínas implicadas en las vías de reparaciónde bases desemparejadas.

IV.SENESCENCIA E INMORTALIZACIÓN

IV.1.Límite de Hayflick (1961)

• Esla demostración de que sólo es posible un númerolimitado (entre 30 y 50) de divisiones celulares in vitro.

• Elnúmero de divisiones celulares son contadas y registradas porla célula.

• Elexceso del límite de división tiene como consecuenciala senescencia celular o replicativa.

IV.2.Telómeros y telomerasa

IV.2.1. Lostelómeros tienen una función crítica en lasenescencia celular.

IV.2.2. Lostelómeros registran el número de divisiones celulares.

IV.2.3. Latelomerasa puede hacer que el número de divisiones celularesvuelva a comenzar desde el principio:

• Mediantela reparación de los telómeros dañados oacortados, y

• Lainhibición de la telomerasa produce pérdida de lassecuencias teloméricas y conduce a la senescencia celular.

IV.2.4. Haydos impedimentos biológicos para aumentar la vida de lascélulas humanas:

a. M1:senescencia replicativa, o estado de mortalidad 1 (cuya function esinhibir la inmortalización celular).

b. M2:crisis (las células en crisis generalmente entran en la víade la apoptosis). Las células que evitan la etapa de crisispueden inmortalizarse, estas células:

1.expresan telomerasa.
2. muestran una longitud de los telómerosrelativamente constante.
3. muestran aneuploidía.
4.presentan translocaciones no recíprocas.
5. todo ellounido sugiere que, en la etapa de crisis, los telómerospierden la capacidad protectora.

IV.2.5. Laexpresión de la telomerasa en las células (humanas)primarias.

• Produceinmortalización.

• Sugiereque los telómeros están activos en las fases M1 y M2y que son muy importantes en la determinación del períodovital de la célula.

IV.2.6. Eldaño sufrido por los telómeros

• Esreconocido como daño en el ADN.

• Iniciala parada del ciclo celular dependiente de p53.

• Puedeinducir la senescencia celular.

IV.2.7. Ellímite de la longitud del telómero capaz de iniciar lasenescencia

• Puedecambiarse por la sobreexpresión de TRF2

• Lascélulas pueden detector los cromosomas que presentan unamenor concentración de proteínas asociadas a lostelómeros, sugiriendo que

• Lasenescencia está determinada tanto por la longitud deltelómero como por la unión de proteínas aéste.

IV.3.Inmortalización

• Lainmortalización puede alcanzarse a través de laactivación de los telómeros, de tal manera que lascélulas ya no estén limitadas por los controlesnegativos de su crecimiento.

• Produceinmortalización la expresión in vitro de la subunidadenzimática de telomerasa en las células diploides.

• Tambiénproduce inmortalización la expresión constitutiva detelomerasa.

• Tantola fase M1 como la fase M2 de la senescencia promueven la existenciade una vida celular limitada.

V.ENVEJECIMIENTO

V.1.Papel de la longitud del telómero

• Elenvejecimiento premature observado en los ratones sin telonerasa(nulos) puede rescatarse mediante la reactivación de laexpresión de la telomerasa.

• Lareexpresión de la telomerase evita que el acortamiento de lostelómeros disminuya por debajo de un umbral crítico.

• Serecupera la estabilidad de los cromosomas.

V.2.Papel de ATM

• Estaproteína es el producto cuya mutación produce laAtaxia telangectasia (Ataxia telangectasia mutated).

• Esun componente de la vía que reconoce el daño porroturas bicatenarias en al ADN.

• Participaen el mantenimiento de la longitud de los telómeros a travésde su unión directa con TRF1; participa en la protecciónde los telómeros frente al NHEJ.

• Lapérdida de ATM tiene como consecuencia la aparición dealteraciones en la reparación del ADN (particularmente en lasvías en las que participa la recombinación homóloga),y alteraciones en el control del ciclo celular, con un aumento en laincidencia de aparición de cáncer.

• Losratones doble knockout ATM-/Terc muestran un acortamiento de lostelómeros, un aumento de la inestabilidad genómicareflejado en un aumento de las fusiones cromosómicas, ydefectos en la proliferación y muerte prematura.

V.3.Enfermedades humanas de envejecimiento prematuro

Lasalteraciones genéticas que aumentan la tasa de erosion de lostelómeros e inhiben la reparación normal del ADN tienenun efecto sinérgico en el envejecimiento prematuro, unfenómeno observado en varias enfermedades cuya característicaes la mayor predisposición al cáncer.

• Disqueratosiscongénita: hay una telomerasa defectiva y telómerosmuy cortos; la proteína DKC1 (diskerina) estabiliza hTERC.

• Síndromede Werner: muestra una erosión acelerada de los telómeros.

• A-T(ataxia-telangiectasia): muestra una pérdida acelerada de lostelómeros (ver arriba).

• Síndromede Bloom (BLM, Bloom Syndrome): la AND helicasa BLMelimina la recombinación inadecuada; se une a TRF2 en lascélulas ALT(+); permite la amplificación de lostelómeros mediada por recombinación.

V.4.Efecto de posición telomérico (TPE, TelomerePosition Effect) en humanos

• Laexpresión de los genes localizados en las proximidades de lostelómeros es variable en función de la longitud de lostelómeros.

• Hayuna supresión reversible de la expresión génica.

• Estaafectada por la organización de la cromatina.

• Elmecanismo de regulación de la expresión génicapor el envejecimiento puede regularse.

VI.INESTABILIDAD GENÓMICA Y NEOPLASIAS

VI.1.Papel de la longitud del telómero

• Lainestabilidad genómica se ve facilitada por la presencia detelómeros acortados.

• Losdatos obtenidos sugieren que la desregulación de latelomerasa y los telómeros son pasos cruciales en eldesarrollo del proceso neoplásico.

• Enel momento en el cual se alcanza un nivel de acortamiento críticodel telómeros, los cromosomas comienzan a fusionarse por susextremos, haciendo que las células entren en crisis.

VI.2.Expresión de telomerasa

VI.2.1. Lareactivación de la expresión de la telomerasa secorrelaciona de manera directa con el proceso neoplásico,esto apoya la idea de que el mantenimiento de la telomerasa y lostelómeros tienen un papel central en el desarrollo delcáncer.

VI.2.2. Laexpresión de únicamente hTERT produce soloinmortalización; la transformación celular necesitaademás que esta inmortalización esté acompañadapor una inactivación de los genes supresores de tumores y unaactivación de oncogenes.

VI.2.3. Elacortamiento de los telómeros puede inhibir ciertas etapasiniciales del crecimiento tumoral; sin embargo, este acortamientopuede facilitar el proceso neoplásico, en el contexto de unciclo celular que ha perdido su regulación, por:

• ejerceruna presión selectiva positiva que favorezca los clonesinmortales.

• promoverla acumulación de cambios genéticos posteriores.

VI.2.4. Datosrecientes sugieren que la reactivación de la telomerasacontribuye al proceso neoplásico a través de víasindependientes del mantenimiento de los telómeros.

• estabilizandolos cambios cromosómicos.

• favoreciendoel crecimiento de los clones inmortales.

• confiriendoresistencia a la apoptosis (algunos datos sugieren que laexpression de hTERT es la responsible de ello).

VI.3.Inestabilidad cromosómica y genómica

VI.3.1. Losestudios moleculares y citogenéticos han mostrado que loscromosomas que incluso los cromosomas que presentan un extreme noprotegido son inestables hasta que no se restaura la integridad deltelómeros afectado. Durante este período deinestabilidad genética, suceden varios ciclos derotura-fusión-rotura (BFB, breakage-fusion-breakage), que amenudo desembocan en aneuploidías.

VI.3.2. Losciclos BFB y la inestabilidad cromosómica tambiénpromueven la fusion de cromátidas hermanas a través del mecanismo NHEJ.

VI.3.3. Durantela mitosis, la separación de los centrómeros en loscromosomas dicéntricos hacia los polos opuestos produce unPuente anafásico, seguido por una rotura cromosómica,fusión de los extremos dañados y nuevos ciclos BFB.

VI.3.4. Durantela adquisición de nuevos telómeros por los cromosomasreordenados pueden aparecer ciclos recurrentes de amplificacióngénica. Ello sugiere que las roturas bicatenarias del ADN sonimportantes para la generación de la amplificación degenes cercanos a las roturas cromosómicas.

VI.3.5. Parasu supervivencia, las células genéticamente inestablestambién deben escapar a su detección por losreguladores del ciclo celular, como p53, que puede inducir la paradadel ciclo o apoptosis en respuesta al daño en el ADN.

• Lostelómeros acortados de manera crítica pueden serdetectados por p53.

• p53se une al ADN telomérico con protuberancias monocatenarias yrico en G, y también interacciona con el bucle-t.

• Lapérdida de función de p53 y el acortamiento de lostelómeros trabajan conjuntamente para promover latumorogénesis.

Traducción: José Luis Vizmanos. Departamento de Genética,Facultad de Ciencias. Universidad de Navarra. Pamplona, Spain.