I. Struttura dei telomeri nei mammiferiI.1. Sequenza di DNA I.2. t-loops, G-loops, D-loops I.3. Componenti Proteici
II. Funzione dei telomeriII.1. Stabilità Cromosomica II.2. Contatore di Divisione Cellulare II.3. Meccanismo per la Replicazione del DNA delle porzioni terminali II.4. Integrità Cromosomica III. Mantenimento TelomericoIII.1. Telomerasi III.2. Telomere-Independent/Alternative Lengthening of Telomeres (ALT) IV. Senescenza e ImmortalizzazioneIV.1. Limite di HayflickIV.2. Telomeri e Telomerasi IV.3. Immortalizzazione V. InvecchiamentoV.1. Ruolo della Lunghezza dei Telomeri V.2. Ruolo di ATM V.3. Disordini umani dell'Invecchiamento PrematuroV.4. Effetto della Posizione Telomerica (TPE) VI. Instabilità genomica e NeoplasieVI.1. Ruolo della Lunghezza dei TelomeriVI.2. Espressione della Telomerasi VI.3. Instabilità cromosomica e genomica
*
Tutti i cromosomi degli eucarioti si concludono con i telomeri, strutture costituite da DNA e proteine associate, i quali definiscono le estremità di ogni cromosoma linearizzato.
I.1. Sequenza di DNA
I.2. t-loops, G-loops, D-loops
I.3.Componenti Proteiche
Le proteine associate ai telomeri includono:
I.3.1. TRF1 (telomeric repeat binding factor 1)
I.3.2. TRF2 (telomeric repeat binding factor 2) 2)
I.3.3. hRAP1
I.3.4. TIN2 (TRF1-interacting nuclear factor 2)
I.3.5. TANK1/TNKS (tankyrase, TRF1-interacting ankyrin-related polymerase)
I.3.6. TANK2/TNKS2 (tankyrase 2) :
I.3.7. WRN (prodotto genico della sindrome di Werner) :
N.B. Quindi l'attività telomerica pu essere compromessa mediante l'alterazione della funzione di proteine associate al telomero.
II.1. Conferisce Stabilità e Protegge le Terminazioni Cromosomiche
II.2. Conteggio delle divisioni cellulari
III.1. Telomerasi III.1.1. Componente ad RNA: hTERC (human telomerase encoded RNA)
III.1.1. Componente ad RNA: hTERC (human telomerase encoded RNA)
III.1.2. Componente Catalitica: hTERT (human telomere reverse transcriptase)
III.1.3. Meccanismo
III.1.4. Espressione
III.2. Allungamento dei telomeri alternativo (alternative lengthening of telomeres; ALT) indipendente dalla telomerasi III.2.1. La lunghezza dei telomeri sintetizzati mediante ALT è di norma eterogenea III.2.2. La lunghezza dei telomeri è dinamica, varia regolarmente III.2.3. Attivo nelle neoplasie indipendenti dalla telomerasi (~10-15% di tutte le neoplasie) III.2.4. Preferenzialmente attiva nelle cellule di derivazione mesenchimale, confrontate con quelle di origine epiteliale III.2.5. Repressori di ALT espressi nelle cellule normali e in certe cellule telomerasi-negative (i.e., l'attività di ALT e l'attività telomerasica pu co-esistere nelle stesse cellule) III.2.6. Le proporzioni di cellule ALT(+) sono associate con i corpi di PML (promyelocytic leukemia nuclear body, or PML NB) PML NB comprendono DNA telomerico, proteine TRF1, TRF2, e PML Il DNA telomerico, le proteine TRF1, TRF2 e PML co-localizzano tutte nelle cellule ALT(+) La co-localizzazione non è osservata nelle cellule telomerasi-positive (+) Ruolo potenziale per PML NB nel differenziamento cellulare, nella crescita cellulare, nell'apoptosi, e un indefinito ruolo nel mantenimento dell'integrità telomerica III.2.7. Meccanismo di ALT probabilmente coinvolto nella ricombinazione omologa tra telomeri; sequenze copiate da un singolo telomero a un altro attraverso l'appaiamento complementare che funge da innesco per la sintesi del nuovo DNA telomerico. III.2.8. G-loop vs. t-loop, D-loop (vedi sopra per la descrizione dei ruoli) III.2.9. Esperimenti ottenuti in lievito : Hanno dimostrato la necessità di proteine per la riparazione del DNA quali RAD50, RAD51, RecQ elicasi per far si che la ricombinazione omologa avvenga in modo corretto L'inibizione dei pathways per la riparazione dei mismatch hanno mostrato un incremento nell'attività dei pathway di ALT, presumibilmente perchè la ricombinazione omologa richiede proteine del pathway per la riparazione dei mismatch
III.2.1. La lunghezza dei telomeri sintetizzati mediante ALT è di norma eterogenea III.2.2. La lunghezza dei telomeri è dinamica, varia regolarmente III.2.3. Attivo nelle neoplasie indipendenti dalla telomerasi (~10-15% di tutte le neoplasie) III.2.4. Preferenzialmente attiva nelle cellule di derivazione mesenchimale, confrontate con quelle di origine epiteliale III.2.5. Repressori di ALT espressi nelle cellule normali e in certe cellule telomerasi-negative (i.e., l'attività di ALT e l'attività telomerasica pu co-esistere nelle stesse cellule) III.2.6. Le proporzioni di cellule ALT(+) sono associate con i corpi di PML (promyelocytic leukemia nuclear body, or PML NB) PML NB comprendono DNA telomerico, proteine TRF1, TRF2, e PML Il DNA telomerico, le proteine TRF1, TRF2 e PML co-localizzano tutte nelle cellule ALT(+) La co-localizzazione non è osservata nelle cellule telomerasi-positive (+) Ruolo potenziale per PML NB nel differenziamento cellulare, nella crescita cellulare, nell'apoptosi, e un indefinito ruolo nel mantenimento dell'integrità telomerica III.2.7. Meccanismo di ALT probabilmente coinvolto nella ricombinazione omologa tra telomeri; sequenze copiate da un singolo telomero a un altro attraverso l'appaiamento complementare che funge da innesco per la sintesi del nuovo DNA telomerico. III.2.8. G-loop vs. t-loop, D-loop (vedi sopra per la descrizione dei ruoli) III.2.9. Esperimenti ottenuti in lievito : Hanno dimostrato la necessità di proteine per la riparazione del DNA quali RAD50, RAD51, RecQ elicasi per far si che la ricombinazione omologa avvenga in modo corretto L'inibizione dei pathways per la riparazione dei mismatch hanno mostrato un incremento nell'attività dei pathway di ALT, presumibilmente perchè la ricombinazione omologa richiede proteine del pathway per la riparazione dei mismatch
III.2.1. La lunghezza dei telomeri sintetizzati mediante ALT è di norma eterogenea
III.2.2. La lunghezza dei telomeri è dinamica, varia regolarmente
III.2.3. Attivo nelle neoplasie indipendenti dalla telomerasi (~10-15% di tutte le neoplasie)
III.2.4. Preferenzialmente attiva nelle cellule di derivazione mesenchimale, confrontate con quelle di origine epiteliale
III.2.5. Repressori di ALT espressi nelle cellule normali e in certe cellule telomerasi-negative (i.e., l'attività di ALT e l'attività telomerasica pu co-esistere nelle stesse cellule)
III.2.6. Le proporzioni di cellule ALT(+) sono associate con i corpi di PML (promyelocytic leukemia nuclear body, or PML NB)
III.2.7. Meccanismo di ALT probabilmente coinvolto nella ricombinazione omologa tra telomeri; sequenze copiate da un singolo telomero a un altro attraverso l'appaiamento complementare che funge da innesco per la sintesi del nuovo DNA telomerico.
III.2.8. G-loop vs. t-loop, D-loop (vedi sopra per la descrizione dei ruoli)
III.2.9. Esperimenti ottenuti in lievito :
IV.1. Limite di Hayflick (1961)
IV.2. Telomeri and Telomerasi IV.2.1. I telomeri hanno una funzione critica nell'invecchiamento cellulare IV.2.2. I telomeri rilevano il numero di divisioni cellulari IV.2.3. La telomerasi pu azzerare l'effetto delle divisioni cellulari: Attraverso la riparazione dei telomeri accorciati o danneggiati L'inibizione delle telomerasi causa la perdita delle sequenze telomeriche e eventualmente l'invecchiamento cellulareIV.2.4. Sussistono due impedimenti biologici nel prolungare la vita media delle cellule umane: a. M1:senescenza replicativa, o mortalità nelle fase 1 (Ha la funzione di inibire l'immortalizzazione cellulare) b. M2: crisi (le cellule in crisi di solito entrano nel pathway apoptotico, quelle che possono eludere la fase di crisi immortalizzano). Queste cellule: 1. Esprimono la telomerase2. Mostrano una lunghezza telomerica relativamente costante 3. Mostrano aneuploidia 4. Mostrano traslocazioni non-reciproche 5. Insieme, questi dati suggeriscono che nella fase di crisi, i telomeri perdono la capacità protettiva IV.2.5. Espressione della telomerasi nelle cellule primarie (umane) Causa immortalizzazione Suggerisce che i telomeri sono attivi in fase M1 e M2 e sono fondamentali per la determinazione della vita media cellulareIV.2.6. L'entità del danno sostenuto dai telomeri E' riconosciuto come danno del DNA Dà inizio all'arresto del ciclo cellulare p53- dipendente Può indurre invecchiamento cellulareIV.2.7. La soglia della lunghezza telomerica in grado di indurre senescenza Pu essere cambiata dall'overespressione di TRF2 Le cellule possono rilevare cromosomi con una ridotta concentrazione di proteine associate al telomero (ipotesi suggerita) L' invecchiamento è determinato dalla lunghezza del telomero e causato delle proteine legate al telomero
IV.2.1. I telomeri hanno una funzione critica nell'invecchiamento cellulare IV.2.2. I telomeri rilevano il numero di divisioni cellulari IV.2.3. La telomerasi pu azzerare l'effetto delle divisioni cellulari: Attraverso la riparazione dei telomeri accorciati o danneggiati L'inibizione delle telomerasi causa la perdita delle sequenze telomeriche e eventualmente l'invecchiamento cellulareIV.2.4. Sussistono due impedimenti biologici nel prolungare la vita media delle cellule umane: a. M1:senescenza replicativa, o mortalità nelle fase 1 (Ha la funzione di inibire l'immortalizzazione cellulare) b. M2: crisi (le cellule in crisi di solito entrano nel pathway apoptotico, quelle che possono eludere la fase di crisi immortalizzano). Queste cellule: 1. Esprimono la telomerase2. Mostrano una lunghezza telomerica relativamente costante 3. Mostrano aneuploidia 4. Mostrano traslocazioni non-reciproche 5. Insieme, questi dati suggeriscono che nella fase di crisi, i telomeri perdono la capacità protettiva IV.2.5. Espressione della telomerasi nelle cellule primarie (umane) Causa immortalizzazione Suggerisce che i telomeri sono attivi in fase M1 e M2 e sono fondamentali per la determinazione della vita media cellulareIV.2.6. L'entità del danno sostenuto dai telomeri E' riconosciuto come danno del DNA Dà inizio all'arresto del ciclo cellulare p53- dipendente Può indurre invecchiamento cellulareIV.2.7. La soglia della lunghezza telomerica in grado di indurre senescenza Pu essere cambiata dall'overespressione di TRF2 Le cellule possono rilevare cromosomi con una ridotta concentrazione di proteine associate al telomero (ipotesi suggerita) L' invecchiamento è determinato dalla lunghezza del telomero e causato delle proteine legate al telomero
IV.2.1. I telomeri hanno una funzione critica nell'invecchiamento cellulare
IV.2.2. I telomeri rilevano il numero di divisioni cellulari
IV.2.3. La telomerasi pu azzerare l'effetto delle divisioni cellulari:
IV.2.4. Sussistono due impedimenti biologici nel prolungare la vita media delle cellule umane:
a. M1:senescenza replicativa, o mortalità nelle fase 1 (Ha la funzione di inibire l'immortalizzazione cellulare) b. M2: crisi (le cellule in crisi di solito entrano nel pathway apoptotico, quelle che possono eludere la fase di crisi immortalizzano). Queste cellule: 1. Esprimono la telomerase2. Mostrano una lunghezza telomerica relativamente costante 3. Mostrano aneuploidia 4. Mostrano traslocazioni non-reciproche 5. Insieme, questi dati suggeriscono che nella fase di crisi, i telomeri perdono la capacità protettiva
a. M1:senescenza replicativa, o mortalità nelle fase 1 (Ha la funzione di inibire l'immortalizzazione cellulare)
b. M2: crisi (le cellule in crisi di solito entrano nel pathway apoptotico, quelle che possono eludere la fase di crisi immortalizzano). Queste cellule:
1. Esprimono la telomerase2. Mostrano una lunghezza telomerica relativamente costante 3. Mostrano aneuploidia 4. Mostrano traslocazioni non-reciproche 5. Insieme, questi dati suggeriscono che nella fase di crisi, i telomeri perdono la capacità protettiva
IV.2.5. Espressione della telomerasi nelle cellule primarie (umane)
IV.2.6. L'entità del danno sostenuto dai telomeri
IV.2.7. La soglia della lunghezza telomerica in grado di indurre senescenza
IV.3. Immortalizzazione
V.1. Ruolo della lunghezza dei telomeri
V.2. Ruolo di ATM
V.3. Disordini Umani di Invecchiamento Prematuro
Aberrazioni genetiche che aumentano il tasso di erosione del telomeri e inibiscono la normale riparazione del DNA a livello del telomero, sinergizza nel causare invecchiamento precoce, un fenomeno visto in molti disordini che mostrano la predisposizione alle neoplasie.
VI.1. Ruolo della lunghezza dei telomeri
VI.2. Espressione della Telomerasi VI.1.1. La riattivazione dell'espressione della telomerasi correla direttamente con le neoplasie, supportando la teoria che il mantenimento della telomerasi e dei telomeri porta alla formazione dei tumori. VI.1.2. L'espressione di hTERT da sola causa l'immortalizzazione; la trasformazione cellulare richiede l'immortalizzazione accompagnata dall'inattivazione di geni soppressori tumorali e l'attivazione di oncogeni cellulari. VI.1.3. L'accorciamento del telomero pu servire per inibire molti stadi della crescita tumorale; comunque, l'accorciamento telomerico, particolarmente nel contesto di una disregolazione del ciclo cellulare, pu facilitare la neoplasia mediante: Esercitando una pressione selettiva che favorisce i cloni immortalizzati Promuovendo l'accumulo di cambiamenti geneticiVI.1.4. Recenti dati suggeriscono che la riattivazione della telomerasi contribuisce allo sviluppo della neoplasia attraverso pathways indipendenti del mantenimento telomerico Stabilizzando cambiamenti cromosomici Favorendo la crescita di cloni immortalizzati Conferendo resistenza all'apoptosi (alcuni dati suggeriscono che l'espressione di hTERT conferisce questo attributo)
VI.1.1. La riattivazione dell'espressione della telomerasi correla direttamente con le neoplasie, supportando la teoria che il mantenimento della telomerasi e dei telomeri porta alla formazione dei tumori. VI.1.2. L'espressione di hTERT da sola causa l'immortalizzazione; la trasformazione cellulare richiede l'immortalizzazione accompagnata dall'inattivazione di geni soppressori tumorali e l'attivazione di oncogeni cellulari. VI.1.3. L'accorciamento del telomero pu servire per inibire molti stadi della crescita tumorale; comunque, l'accorciamento telomerico, particolarmente nel contesto di una disregolazione del ciclo cellulare, pu facilitare la neoplasia mediante: Esercitando una pressione selettiva che favorisce i cloni immortalizzati Promuovendo l'accumulo di cambiamenti geneticiVI.1.4. Recenti dati suggeriscono che la riattivazione della telomerasi contribuisce allo sviluppo della neoplasia attraverso pathways indipendenti del mantenimento telomerico Stabilizzando cambiamenti cromosomici Favorendo la crescita di cloni immortalizzati Conferendo resistenza all'apoptosi (alcuni dati suggeriscono che l'espressione di hTERT conferisce questo attributo)
VI.1.1. La riattivazione dell'espressione della telomerasi correla direttamente con le neoplasie, supportando la teoria che il mantenimento della telomerasi e dei telomeri porta alla formazione dei tumori.
VI.1.2. L'espressione di hTERT da sola causa l'immortalizzazione; la trasformazione cellulare richiede l'immortalizzazione accompagnata dall'inattivazione di geni soppressori tumorali e l'attivazione di oncogeni cellulari.
VI.1.3. L'accorciamento del telomero pu servire per inibire molti stadi della crescita tumorale; comunque, l'accorciamento telomerico, particolarmente nel contesto di una disregolazione del ciclo cellulare, pu facilitare la neoplasia mediante:
VI.1.4. Recenti dati suggeriscono che la riattivazione della telomerasi contribuisce allo sviluppo della neoplasia attraverso pathways indipendenti del mantenimento telomerico
VI.3. Instabilità Cromosomica e Genomica VI.3.1. Studi molecolari e citogenetici hanno identificato che i cromosomi con anche una sola estremità non protetta sono geneticamente instabili fino a che l'integrità telomerica non viene ristabilita. Durante questo periodo di instabilità genomica, avvengono delle fusioni tra due estremità cromosomiche (breakage-fusion-bridge BFB), culminanti spesso in aneuploidie cromosomiche. VI.3.2. BFB cycles e l'instabilità cromosomica promuovono anche le fusioni tra cromatidi fratelli mediante il non-homologous end joining (NHEJ). VI.3.3. Durante la mitosi, la separazione dei centromeri nei cromosomi dicentrici ai poli opposti produce un ponte anafasico, seguito dalla rottura del cromosoma, la conseguente fusione delle parti terminali danneggiate e la promozione di BFB cycles. VI.3.4. Ricorrenti cicli di amplificazione genica possono originarsi durante l'acquisizione di nuovi telomeri attraverso i riarrangiamenti dei cromosomi, suggerendo che le rotture del DNA a doppio strand sono importanti nella promozione dell'amplificazione di geni prossimali al punto di rottura cromosomica. VI.3.5. Al fine di sopravvivere, le cellule geneticamente instabili devono anche evadere la rilevazione da parte dei regolatori del ciclo cellulare, come p53, che pu indurre l'arresto del ciclo cellulare o apoptosis in risposta al DNA danneggiato I telomeri pi corti possono essere identificati da p53 P53 si lega al G-rich, DNA telomerico a singolo filamento e interagisce anche con il t-loop La perdita della funzione di p53 e l'accorciamento del telomero lavorano insieme per promuovere la tumorigenesi
VI.3.1. Studi molecolari e citogenetici hanno identificato che i cromosomi con anche una sola estremità non protetta sono geneticamente instabili fino a che l'integrità telomerica non viene ristabilita. Durante questo periodo di instabilità genomica, avvengono delle fusioni tra due estremità cromosomiche (breakage-fusion-bridge BFB), culminanti spesso in aneuploidie cromosomiche. VI.3.2. BFB cycles e l'instabilità cromosomica promuovono anche le fusioni tra cromatidi fratelli mediante il non-homologous end joining (NHEJ). VI.3.3. Durante la mitosi, la separazione dei centromeri nei cromosomi dicentrici ai poli opposti produce un ponte anafasico, seguito dalla rottura del cromosoma, la conseguente fusione delle parti terminali danneggiate e la promozione di BFB cycles. VI.3.4. Ricorrenti cicli di amplificazione genica possono originarsi durante l'acquisizione di nuovi telomeri attraverso i riarrangiamenti dei cromosomi, suggerendo che le rotture del DNA a doppio strand sono importanti nella promozione dell'amplificazione di geni prossimali al punto di rottura cromosomica. VI.3.5. Al fine di sopravvivere, le cellule geneticamente instabili devono anche evadere la rilevazione da parte dei regolatori del ciclo cellulare, come p53, che pu indurre l'arresto del ciclo cellulare o apoptosis in risposta al DNA danneggiato I telomeri pi corti possono essere identificati da p53 P53 si lega al G-rich, DNA telomerico a singolo filamento e interagisce anche con il t-loop La perdita della funzione di p53 e l'accorciamento del telomero lavorano insieme per promuovere la tumorigenesi
VI.3.1. Studi molecolari e citogenetici hanno identificato che i cromosomi con anche una sola estremità non protetta sono geneticamente instabili fino a che l'integrità telomerica non viene ristabilita. Durante questo periodo di instabilità genomica, avvengono delle fusioni tra due estremità cromosomiche (breakage-fusion-bridge BFB), culminanti spesso in aneuploidie cromosomiche.
VI.3.2. BFB cycles e l'instabilità cromosomica promuovono anche le fusioni tra cromatidi fratelli mediante il non-homologous end joining (NHEJ).
VI.3.3. Durante la mitosi, la separazione dei centromeri nei cromosomi dicentrici ai poli opposti produce un ponte anafasico, seguito dalla rottura del cromosoma, la conseguente fusione delle parti terminali danneggiate e la promozione di BFB cycles.
VI.3.4. Ricorrenti cicli di amplificazione genica possono originarsi durante l'acquisizione di nuovi telomeri attraverso i riarrangiamenti dei cromosomi, suggerendo che le rotture del DNA a doppio strand sono importanti nella promozione dell'amplificazione di geni prossimali al punto di rottura cromosomica.
VI.3.5. Al fine di sopravvivere, le cellule geneticamente instabili devono anche evadere la rilevazione da parte dei regolatori del ciclo cellulare, come p53, che pu indurre l'arresto del ciclo cellulare o apoptosis in risposta al DNA danneggiato
Collaboratore : Azra H. Ligon
Traduzione : Matteo Brioschi and Alessandro Beghini
Matteo Brioschi, Alessandro Beghini
Ligon AH
Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology 2004-04-01
Telomeri
Online version: http://atlasgeneticsoncology.org/teaching/30112/telomeri