El cromosoma termina en doble riesgo

AMientras las hebras de ADN se enredan y desenredan en una intrincada danza, un evento notable ocupa un lugar central: la replicación. Este proceso es esencial para la vida, pero aún se están descubriendo los detalles más finos de sus pasos orquestados. Durante la replicación, los extremos del ADN lineal no pueden replicarse completamente, lo que hace que los telómeros se acorten en un fenómeno bien conocido llamado problema de replicación final.¹

El descubrimiento de telomerasa en la década de 1980 pareció resolver este problema, donde la telomerasa natural agregó repeticiones TTAGGG monocatenarias ricas en G a los extremos de los telómeros.² Sin embargo, Titia de Lange, bióloga celular y genetista de la Universidad Rockefeller, y su equipo se dieron cuenta de que era sólo una parte de la solución. Su recomendacionespublicado recientemente en Naturalezademostraron que mientras la telomerasa abordaba el problema de la replicación final en la cadena principal, otro complejo trabajaba en conjunto en la cadena retrasada.³ Esto proporciona información sobre la biología de los telómeros en la salud y la enfermedad.

Hiroyuki Takai, biólogo celular y genetista del grupo de De Lange, hizo el descubrimiento inesperado mientras estudiaba la cadena rezagada en células que carecían de un complejo molecular compuesto por un grupo de proteínas, CTC1–STN1–TEN1 (CST), unido a la polimerasa α-primasa (Polα -primasa). CST-Polα-primasa es la contraparte de la telomerasa en la cadena rezagada que agrega repeticiones CCCTAA ricas en C a los extremos de los telómeros. Sin embargo, cuando Takai estudió los telómeros en células que carecían de la CTC1 gen, que deshabilitó la CST-Polα-primasa, produjo un gel que no se ajustaba al modelo establecido. La síntesis de relleno esperada estaba incompleta. “Se suponía que la replicación regular del telómero iba a la par de la telomerasa y se alargaba durante la replicación del ADN, pero estaba claro que ese no era el caso”, comentó de Lange.

En los experimentos de Takai, la replicación del ADN se produjo donde la síntesis de la cadena principal creó un extremo romo y la telomerasa alargó la cadena G como se esperaba; sin embargo, sorprendentemente la síntesis de relleno de la cadena rica en C a través de fragmentos cortos de ADN (fragmentos de Okazaki) no pudo mantenerse en estas células. “No sólo no se alargó, sino que también se acortó”, dijo de Lange.

Normalmente, para la cadena rezagada, la síntesis de ADN no se ve obstaculizada y el replisoma comienza a sintetizar los últimos fragmentos de Okazaki a lo largo del saliente 3′ que luego se unen para evitar la pérdida de secuencia. Sin embargo, nadie sabía exactamente qué pasó con el replicante una vez que llegó al final del ADN. Dado que los hallazgos de Takai sugirieron que el replisoma no llegaba al último fragmento de Okazaki y conducía a una síntesis inadecuada de cebadores a lo largo de la cadena retrasada, valía la pena investigar. Perplejo, De Lange contactó Jose Yeelesbioquímico del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica, para observar más de cerca el replisoma durante este evento.

Para estudiar la replicación del ADN in vitro, Yeeles ensambló replisomas con Saccharomyces cerevisiae Proteínas capaces de realizar una replicación completa de las cadenas delantera y trasera. Observó que los replisomas iniciaban fragmentos de Okazaki dentro de 150-200 nucleótidos de los extremos de las plantillas, pero se detenían a unos 20 nucleótidos de los extremos de las plantillas de la cadena principal. “[The replisome] simplemente no puedo hacerlo. No puede poner el pie en el último fragmento de ADN antes de caerse”, comentó de Lange. Este acortamiento de los telómeros del extremo rezagado apoyó la existencia de un segundo problema de replicación final.

Takai intentó confirmar los hallazgos de Yeeles in vivo. Trabajos anteriores del equipo de De Lange y otros exploraron el efecto de incapacitar CST-Polα-primasa; sin embargo, la tasa y la causa del acortamiento en los sitios teloméricos no estaban claras.⁴ Takai aisló y midió la pérdida de secuencia en los telómeros del extremo delantero y trasero en células que carecían CTC1. Al utilizar un gradiente de cloruro de cesio, Takai obtuvo resultados que se hicieron eco del análisis in vitro de Yeeles: la cadena G creció mientras que la cadena C se acortó. Esto reforzó la incapacidad del cordón retrasado de alcanzar la misma longitud que su contraparte.

La telomerasa evitó el acortamiento de la cadena principal, mientras que la CST-Polα-primasa abordó el mismo problema en la cadena retrasada. Con CST-Polα-primasa, el complejo contrarrestó la pérdida de aproximadamente 76 nucleótidos en la cadena C, lo que subraya su papel en la biología de los telómeros. “Este estudio destaca una segunda maquinaria de mantenimiento de los telómeros”, remarcó Ci Ji Lim, biólogo de células moleculares de la Universidad de Wisconsin-Madison que no participó en el estudio. “Es un anuncio decisivo que presenta una vista panorámica y una apreciación no solo de la telomerasa, sino también de otras proteínas menos conocidas como la CST-Polα-primasa”.

“Esto es fantástico para el campo porque existe un marco donde los investigadores pueden completar los detalles moleculares. Por lo tanto, espero que aprendamos mucho más sobre el relleno de la cadena C en el futuro”, comentó Lim.

de Lange y su equipo pretenden explorar más a fondo la biología estructural de los reguladores clave de la telomerasa e identificar la quinasa fundamental para la replicación final. Esperan que estos hallazgos también proporcionen información sobre las implicaciones clínicas para las personas con trastornos de los telómeros.

Referencias

1. Lingner J, et al. La telomerasa y la replicación final del ADN: ¿ya no son un problema de cadena retrasada? Ciencia. 1995;269(5230):1533-1534.
2. Greider CW, Blackburn EH. Identificación de una actividad transferasa terminal telomérica específica en extractos de Tetrahymena. Celúla. 1985;43(2 puntos 1):405-413.
3. Takai H, et al. CST-polimerasa α-primasa resuelve un segundo problema de replicación final de telómeros. Naturaleza. 2024;627:664–670.
4. Takai H, et al. Una mutación POT1 implica un relleno defectuoso de los extremos de los telómeros y truncamientos de los telómeros en Coats plus. Desarrollador de genes. 2016;30(7):812-826.