Telomero

TELOMERI
Un telomero è una regione di sequenze nucleotidiche ripetute situata su ciascuna estremità del cromosoma.
Esso protegge l'estremità del cromosoma dall’erosione e dalla fusione con estremità libere di altro materiale
cromosomico.
In generale la sequenza nucleotidica del telomero dei vertebrati è TTAGGG che in media nelle cellule umane è ripetuta
circa 2.500 volte.
[Il termine deriva dal greco, dai sostantivi telos (τέλος) 'fine' e merοs (μέρος) ‘parte‘.]
Ai telomeri sono associate diverse funzioni, tra cui:
1. proteggere le estremità della doppia elica dall’attività di esonucleasi, conferendo stabilità alla molecola
lineare del DNA;
2. permettere una replicazione completa del DNA ad ogni generazione cellulare;
3. proteggere i cromosomi anche da riordinamenti strutturali (riparazione per ricombinazione con estremità di
altri cromosomi);
4. Contribuire al posizionamento specifico dei cromosomi nel nucleo.
In profase meiotica essi sono associati alla membrana nucleare.
In zigotene (meiosi) formano un ingrossamento che inizialmente è escluso dalla formazione del complesso
sinaptonemico. L’appaiamento degli omologhi inizia in una regione prossimale al telomero.
La struttura del telomero, caratterizzata da un elevato numero di ripetizioni in tandem della loro sequenza particolare,
ricca in GC, permette di assumere una conformazione strutturale a loop: questa protegge le estremità dall’attacco da
parte di esonucleasi, rendendo possibili tutte queste funzioni.
3’ AACC C C 5’
G G G G TT G G G G
T
T
5’ TTG G G G TTG G G G
TTG G G G TTG G G G
•
la realizzazione del ‘capping’ garantisce il mantenimento e l’integrità dell’informazione delle regioni adiacenti,
più interne, attraverso le generazioni durante i cicli di replicazione: l’elevato numero di ripetizioni ‘risolve’
(controbilancia) il progressivo accorciamento delle estremità;
•
Un complesso proteico (noto come shelterin) serve come protezione contro i processi di riparazione delle
rotture al doppio filamento (DSB) [riparazione per ricombinazione omologa (HR) e non omologa (NHEJ)].
•
crea siti di interazione con proteine ed attività enzimatiche specifiche del telomero, tra cui la telomerasi.
Nella maggior parte dei procarioti non sussiste alcuna necessità di protezione di estremità libere per via della
circolarità del loro DNA.
Nei cromosomi lineari degli eucarioti si è evoluto un meccanismo che evita l’accorciamento rapido del
cromosoma, attraverso l’aggiunta un numero molto elevato di BREVI SEQUENZE su ciascuna delle estremità.
Una piccola parte di organismi batterici (come Streptomyces e Borrelia) possiede cromosomi lineari con telomeri
molto diversi da quelli eucariotici, per struttura e funzioni.
La loro struttura assume la forma delle proteine legate alle estremità lineari: loop di DNA a singolo filamento
disposto a forcina, posti alle estremità dei cromosomi.
Il telomero dei vertebrati è costituito di sequenze di DNA ricche in G (TTAGGG)n e di proteine specifiche, che creano
una struttura specializzata chiamata telosoma.
Attraverso interazioni con altri fattori cellulari il telosoma permette una regolazione dinamica del mantenimento del
cromosoma.
Durante la replicazione la “coda” del filamento lagging non è replicabile, poiché la DNA polimerasi, che inizia in un
punto già interno, non aggiunge nucleotidi in direzione 3’  5’ .
La scoperta dell’attività della telomerasi, enzima capace di aggiungere ciclicamente ripetizioni di una sequenza
particolare, è stata realizzata nei cromosomi del macronucleo di Tetrahymena (protozoi, Ciliati) in cui i telomeri,
strutturalmente molto semplici, possono variare molto in lunghezza.
Nei lieviti la struttura del telomero è più complessa rispetto a Tetrahymena, l’organismo in cui è stata osservata per la
prima volta l’attività enzimatica della telomerasi:
adiacenti alle ripetizioni ricche in GC (C1-3A), sono presenti altre sequenze ripetitive più lunghe, non sempre presenti
entrambi in tutte le estremità telomeriche: queste sequenze sono chiamate : elementi X e Y’
Questi elementi sembrano essere dei trasposoni e sono anch’essi intervallati da ripetizioni C1-3A.
Nel lievito si osserva che le estremità telomeriche difettive possono essere ricostruite attraverso processi di
trasposizione o di ricombinazione.
A) Struttura dei telomeri di
lievito. B) Replicazione di
telomeri difettivi: un
telomero incompleto può
essere esteso a
ricostituirne uno completo
mediante invasione di un
singolo filamento seguita
dalla sintesi di DNA
complementare
utilizzandolo come stampo.
Il taglio e la risaldatura dei
filamenti interni
completano il processo.
Attraverso l’uso di raggi X è possibile indurre frammentazione del cromosoma, quindi la produzione di frammenti
cromosomici privi di telomeri.
Da trattamenti di questo tipo in cellule di diversi organismi si è osservato sperimentalmente che, dopo un determinato
intervallo di tempo, si possono osservare fenomeni di “guarigione” delle estremità di rottura.
che stabilizzano cromosomi privi del telomero, permettendo il loro recupero e il mantenimento dell’integrità del
genoma per la cellula.
Tali eventi si verificano con frequenze molto basse e sono il risultato di processi di ricombinazione non omologa, a
livello dei telomeri.
Oltre al ruolo nel compensare la replicazione
‘incompleta’ del DNA alle estremità dei
cromosomi, i telomeri hanno un ruolo
fondamentale nella protezione dei
cromosomi da processi di riorganizzazione
strutturale, che si possono attivare in
presenza di rotture DSB. Questi meccanismi
di riparazione del DNA intervengono sulle
estremità di rottura del DNA e agiscono
attraverso la ricombinazione omologa
(Homologous Recombination, HR) o non omologa (Non Homologous End Joining, NHEJ). Il ‘capping’ prodotto dai
telomeri permette di distinguere le estremità ‘naturali’ del cromosoma da rotture a doppio filamento (DSB) del
DNA.
La lunghezza dei telomeri varia molto tra specie, da ~300-600 bp nel lievito a Kb nell’uomo;
generalmente sono composti di serie di repeats di 6-8 bp ricche in G.
I telomeri eucariotici normalmente terminano con un filamento di DNA 3' ‘overhanging’ a singolo filamento che risulta
essenziale sia per la conservazione del telomero stesso che per il ‘capping’.
Sono state identificate numerose proteine che si legano sia al DNA telomerico a singolo che a quello a doppio
filamento, preposte ad entrambe le funzioni di conservazione e capping del telomero.
Nell’uomo e in tutti i vertebrati il DNA
telomerico è una sequenza duplex 5'TTAGGG-3 ' ripetuta in tandem che termina
con un overhang 3‘ a singola elica.
Questo forma un loop all’indietro e invade
la regione duplex, formando una struttura
lazo, il T-loop telomerico.
Allo stesso tempo, la parte corrispondente
del filamento dal 5 ‘al 3' nella parte invasa
si sposta [denominato D-loop
(Dislocamento)].
Quest’ultimo costituisce la regione telomerica di DNA a
singola elica.
Alla regione duplex di questo DNA sono legati
direttamente i fattori TRF1 e TRF2 (Telomeric Repeat
binding Factors). TRF1 è un regolatore negativo della
lunghezza dei telomeri; TRF2 ne protegge l'integrità,
cooperando alla formazione del T-loop.
Una terza proteina, ‘Protection Of Telomeres 1 (POT1) si
lega alla regione a singolo filamento. POT1 è implicata
sia nella attivazione sia nell’inibizione della telomerasi.
Altre proteine o si legano direttamente al DNA
telomerico o alle TRF.
Telomeri: strutture complesse e dinamiche. Il ‘core’
consiste di sei proteine legate al DNA telomerico che interagiscono dinamicamente con altri fattori proteici, che
includono: 1)‘DNA repair proteins’, 2)‘DNA processing enzymes’, 3)‘single-stranded DNA binding proteins’ e,
nell’uomo, la 4)‘tankyrase’.
La Tankirasi modifica TRF1 rilasciandola dal DNA telomerico; questo contribuisce al cambiamento conformazionale
della struttura telomerica, promuove l’accesso della telomerasi all’ estremo 3′ a singolo filamento del telomero.
Il risultato dell’incapacità della DNA polimerasi alfa ad aggiungere nucleotidi al termine di molecole di DNA lineare è
che ad ogni ciclo di replicazione i telomeri perdono circa 50-200 bp.
Questo spiega l'insorgenza della senescenza cellulare replicativa, come descritto da Hayflick nel 1965, impartita dal
persistente accorciamento dei telomeri per assenza di telomerasi funzionale ad ogni ciclo di divisione cellulare
(l'erosione dei telomeri può verificarsi anche attraverso altri meccanismi, come danni al DNA e stress ossidativo).
In particolare, sembra che il vero segnale della senescenza cellulare sia l’erosione del filamento ‘overhang’ 3’
TTAGGG, piuttosto che la riduzione complessiva delle ripetizioni nel doppio filamento della struttura dei telomeri.
L’accorciamento dei telomeri nell’uomo può indurre la senescenza replicativa che blocca la divisione cellulare.
Questo meccanismo sembra prevenire l'instabilità genomica e lo sviluppo del cancro in cellule umane senescenti,
limitando il numero di divisioni cellulari.
I telomeri più corti sono riconosciuti dai checkpoint del danno al DNA, come le chinasi ATM/ATR*: queste attivano
percorsi di senescenza delle cellule attraverso p53, attivando p16INK4a/pRB e l'apoptosi.
Le cellule tumorali, che evadono questo meccanismo di arresto, diventano immortalizzate. In queste cellule
l’estensione dei telomeri è dovuta prevalentemente alla attivazione della telomerasi (trascrittasi inversa responsabile
della sintesi dei telomeri).
Tuttavia nel 5-10% dei tumori umani si attiva un sistema alternativo di allungamento dei telomeri (ALT), percorso
mediato da ricombinazione.
TELOMERASI
La telomerasi è un complesso proteina-RNA, contenente uno stampo di
RNA che permette la sintesi di una sequenza telomerica (unità di
ripetizione) di DNA ricca in G.
Le unità di ripetizione dei telomeri, addizionate dalle telomerasi,
differiscono nei vari organismi e sono comunque ricche in G (GGGTTG in
Tetrahymena; GGGTTA nell’uomo, C1-3A nel lievito).
È composta da due subunità principali, necessarie e sufficienti per
l’allungamento dei telomeri:
1) la componente trascrittasi inversa (hTERT) e
2) la frazione ribonucleo- proteica (TERC o hTR),
contenente un filamento di RNA, che in parte
serve come stampo per l'aggiunta dei repeats
esanucleotidici.
L’accorciamento del telomero e l’esistenza di un
meccanismo di compensazione (telomerasi) era
già stato predetto dal biologo sovietico Alexey
Olovnikov nel 1973, il quale propose anche
l‘ipotesi telomerica dell’invecchiamento e le
relazioni tra il telomero e il cancro.
La telomerasi umana è costituita da due parti:
1) human Telomerase Reverse Transcriptase (hTERT) e
2) Telomerase RNA (hTR o TERC); la sua associazione con la discherina stabilizza il complesso della telomerasi
attiva.
hTERT è un polipeptide che si ripiega intorno al filamento di hTR, costituito di un lungo filamento di RNA (451
nucleotidi) poichè il gene hTR non viene tradotto. TERT ha una struttura che le permette di avvolgersi intorno al
cromosoma, in grado di addizionare repeats telomerici a singolo filamento.
Da studi comparativi sulla sua struttura sembra che la telomerasi sia di origine retrovirale.
Grazie ad hTR, hTERT è in grado di aggiungere una sequenza 5'-TTAGGG all’estremità 3'dei cromosomi.
Lo stampo della regione hTR è 3'-CAAUCCCAAUC-5'.
L’attivazione di hTERT, subunità catalitica dell’oloenzima della telomerasi umana, ripristina l’attività telomerasica,
induce l’allungamento del telomero, che a sua volta aumenta l’arco di vita ‘replicativa’ di cellule normali, evitando la
senescenza cellulare.
Si ritiene verosimile che l’espressione di hTERT contribuisca direttamente all’oncogenesi permettendo alle cellule precancerose di proliferare oltre il loro naturale limite di Hayflick.
Altre proteine presenti e coinvolte nella regolazione della funzione telomerasica (discherina, EST1 A / B) non sono però
necessarie per l'allungamento dei telomeri di per sé.
La componente a RNA (hTR o TERC) del complesso è espressa in modo ubiquitario in tutte le cellule umane, ma:
•
l'attività telomerasica è repressa nelle cellule somatiche normali,
•
è espressa in modo caratteristico nelle cellule germinali, in cellule staminali embrionali, in alcune cellule
adulte emopoietiche e in alcuni fibroblasti umani.
•
Di conseguenza, nelle cellule somatiche la lunghezza dei telomeri tende a diminuire con l'età, mentre può
essere mantenuta nelle cellule spermatiche umane.
L'attività della telomerasi può essere trovata in cellule ematopoietiche normali e in fibroblasti umani, dimostrando che
può essere anche un elemento centrale nella regolazione del controllo della durata della vita replicativa delle cellule
umane normali.
In alcuni casi, inoltre, la presenza della telomerasi non ha alcun effetto sull’allungamento del telomero: nei linfociti B e
T si osserva infatti che i telomeri continuano ad accorciarsi anche in presenza di telomerasi attiva.
IL RUOLO DEI TELOMERI E TELOMRASI NEL CANCRO UMANO ED INVECCHIAMENTO
La senescenza cellulare, lo stato di arresto permanente della crescita, è il destino inevitabile della replicazione delle
cellule somatiche normali. Postulato a sostenere questa estensione finita di replica è la fisiologia dei telomeri, che
costituiscono le estremità dei cromosomi. Le sequenze ripetitive di questi complessi DNAproteici si riducono
progressivamente con ogni mitosi.
Quando la lunghezza critica viene superata, i telomeri attivano meccanismi di riparazione del DNA e del ciclo cellulare
che determinano fusioni cromosomiche, arresto del ciclo cellulare, senescenza e / o apoptosi. Se la senescenza dovesse
essere bypassata in quel momento, le continue divisioni cellulari di fronte a telomeri disfunzionali e meccanismi di
riparazione del DNA attivato possono determinare l'instabilità genomica favorevole all'oncogenesi. La longevità e la
progressione maligna della cellula così trasformata richiede l'espressione della telomerasi coincidente o altri mezzi per
annullare la perdita telomerica costituzionale. In pratica, quindi, i telomeri e la telomerasi possono rappresentare
plausibili indicatori prognostici e di screening del cancro. Inoltre, se l'argomento è esteso, con l'ipotesi che il logorio
telomerico sia effettivamente la base della senescenza cellulare e che l'accumulo di quest'ultimo equivalga
all'invecchiamento a livello dell'organismo, allora i telomeri potrebbero spiegare l'aumento dell'incidenza del cancro
con l'invecchiamento umano.
I telomeri e le telomerasi svolgono un ruolo decisivo nei processi di iniziazione e immortalizzazione, oltre che nel
mantenere la condizione di ‘immortalità’ delle cellule cancerose.
La telomerasi è una trascrittasi inversa che estende i telomeri;
Il processo di immortalizzazione di cellule normali attraverso l’attivazione spontanea della telomerasi endogena è
molto raro .
Tuttavia, mutazioni di geni del controllo del ciclo cellulare, quali p53, pRB, p21, p16 ed altri geni, possono determinare
in cellule normali la perdita della loro regolazione. Le cellule così trasformate acquisiscono una capacità di
moltiplicazione indefinita e l’instaurazione di un’instabilità del genoma.
Pertanto alcune cellule possono diventare immortali per attivazione della telomerasi endogena, oppure attraverso un
meccanismo alternativo che ‘recupera’ i telomeri, basato sulla ricombinazione (alternative lenghtening of telomere,
ALT).
RIPETIZIONI TELOMERICHE DALLA FINE: MECCANISMI DI ORIGINE E RUOLO NELL’EVOLUZIONE
Oltre alle loro posizioni terminali, esistono altre ripetizioni ‘telomeric-like’ presenti in siti interni dei cromosomi,
chiamate ITS (intrachromosomal telomeric sequences). Ne sono stati identificati due diversi tipi:
1) het-ITSs (heterochromatic ITSs), di centinaia di kb e localizzate vicino ai centromeri;
2) s-ITSs (short ITSs) brevi tratti dell’esamero distribuiti all’interno dei cromosomi.
Gli het-ITS, descritti solo in alcune specie di vertebrati, rappresentano probabilmente residui di riordinamenti
cromosomici evolutivi.
Gli s-ITS, presenti probabilmente in tutti i mammiferi, sembra invece che siano residui di inserzioni avvenute in seguito
ad eventi di riparazione di DSB.
Mentre gli het-ITS sembrano essere dei siti di rottura preferenziale, gli sITS non lo sono.
RIPETIZIONI TELOMERICHE: TERRA
Fino ad ora i telomeri sono stati considerati essere trascrizionalmente silenti. Abbiamo dimostrato che i telomeri dei
mammiferi sono trascritti in RNA contenenti ripetizioni telomeriche (TERRA). Le molecole TERRA sono eterogenee in
lunghezza, sono trascritte a partire da diversi loci sub-telomerici in direzione delle estremità del cromosoma e
localizzano nei telomeri. In questo lavoro mostriamo anche che i soppressori di proteine per difetti morfogenetici nei
genitali (SMG), che sono effettori della degradazione di mRNA mediata da non-senso, sono arricchiti nei telomeri in
vivo, regolano negativamente l’associazione di TERRA con la cromatina, e proteggono le estremità dei cromosomi dalla
perdita dei telomeri. Risulta così che:
- i telomeri sono attivamente trascritti in TERRA, e
- i fattori SMG rappresentano un legame molecolare tra la regolazione di TERRA e il mantenimento dell'integrità dei
telomeri.
Modello del ruolo dell’RNA telomerico nella regolazione della lunghezza dei telomeri: TERRA /TelRNAs si associano alla
cromatina telomerica e sono coinvolti nella regolazione della lunghezza dei telomeri.
TERRA / TelRNA agisce come un potente inibitore delle attività della telomerasi in vitro, probabilmente per la
formazione di ibridi RNA: RNA con la regione stampo della componente di RNA nella telomerasi.
•
Parte delle ripetizioni telomeriche (TTAGGG) sono
trascritte in un lungo RNA non codificante, chiamato
TERRA, da porzioni acetilate ‘aperte’ del DNA
telomerico, producendo una sequenza di RNA con
ripetizioni UUAGGG.
•
Le molecole TERRA sono eterogenee in lunghezza, sono trascritte da diversi loci sub-telomerici verso le
estremità dei cromosomi;
•
si trovano localizzate nei telomeri;
•
L'estremità 3 'di questo lungo RNA non codificante è complementare alla sequenza del template dell’RNA
contenuto nella telomerasi (hTR).
Di conseguenza, TERRA funziona da inibitore diretto della telomerasi.
(Inoltre, TERRA contatta la subunità proteica della
trascrittasi inversa della telomerasi (TERT)
indipendentemente da hTR).
Due istoni ‘marcatori’:
1) H3BK5 methylation
2) H3K4 trimethylation
sembrano associati alla trascrizione di TERRA, possibili
segnali della sua attiva trascrizione
TERRA (linea rossa) paia di basi con il template a RNA
della telomerasi (linea blu a forma di U) e la sua interazione con il polipeptide TERT (rettangolo circondato dal blu
scuro). Tre scenari sono modellati:
1) TERRA può essere rilasciato dal telomero , legare ed inibire le molecole di telomerasi telomero-prossimali
2) TERRA legato al telomero può legare e sequestrare la telomerasi e impedire il suo accesso all’estremità
telomerica 3’. Non si sa come TERRA sia legato alla cromatina telomerica; il legame telomerico alla cromatina
di TERRA è modellato con l’ovale grigio.
3) TERRA può legarsi alla telomerasi telomerica legata alla cromatina e impedirne l’accesso all’estremità
telomerica 3’. Non è noto in che modo la telomerasi sia legata alla cromatina telomerica; il legame telomerico
alla cromatina della telomerasi è modellato con l’ovale verde. La telomerasi umana può essere un dimero, ma
per semplicità è modellata come monomero.
Gli ibridi di RNA-DNA telomerici influenzano la dinamica e la senescenza della lunghezza dei telomeri.
Sebbene i telomeri siano eterocromatici, vengono trascritti in RNA telomerico non contenente codifica (TERRA). Qui
mostriamo che gli ibridi di RNA-DNA si formano ai telomeri e vengono rimossi dagli enzimi RNasi H nel lievito
gemmante, S. cerevisiae. In mutanti di telomerasi competenti per la ricombinazione, gli ibridi di RNA-DNA telomerico
promuovono eventi di allungamento mediato dalla ricombinazione che ritardano l'insorgenza della senescenza
cellulare. La riduzione dei livelli di TERRA e di RNA-DNA ibrido telomerico diminuisce i tassi di allungamento dei telomeri
mediati dalla ricombinazione in cis. Sovraespressione di RNasi H diminuisce i tassi di ricombinazione dei telomeri e
accelera la senescenza in cellule con carenza di ricombinazione, ma non con la ricombinazione. Al contrario, in assenza
di ricombinazione sia telomerasi che omologo, l'accumulo di ibridi di RNA-DNA telomerici porta alla perdita di telomeri
e ai tassi accelerati di senescenza cellulare. Pertanto, la regolazione della trascrizione di TERRA e la formazione di ibridi
di RNA-DNA telomerico sono importanti determinanti della dinamica della lunghezza dei telomeri e del potenziale
proliferativo dopo l'inattivazione della telomerasi.
RIPETIZIONI TAR
Sono inoltre presenti 100-300 kilobasi addizionali di
ripetizioni associate al telomero (TAR), che si dispongono
tra il telomero ed il resto del cromosoma.
SEQUENZE ASSOCIATE AL TELOMERO
Riarrangiamenti cromosomici che coinvolgono le estremità
dei cromosomi sono emersi come una causa importante di
malattia genetica data la natura ricca di geni delle regioni
adiacenti ai telomeri.
L'importanza di tali riarrangiamenti cromosomici
subtelomerici è stata chiaramente dimostrata dalla loro
associazione osservata con ritardo mentale inspiegabile e anomalie congenite.
Sonde specifiche subtelomeriche individuali sono state utilizzate per concentrarsi su particolari regioni subtelomeriche
e hanno portato alla scoperta di nuove sindromi come la sindrome da delezione del cromosoma 1p36 e la sindrome da
delezione 22q13.3.
Vi è una crescente evidenza che il DNA subtelomerico è silenziato con l'invecchiamento e che questo può essere un
evento precoce che si verifica nelle cellule, molto prima che si verifichi l'arresto del ciclo cellulare o l'apoptosi. Questo
DNA subtelomerico e il modo in cui è silenziato è un argomento caldo in questo momento in fase di invecchiamento.
TELOMERI CLUSTERIZZANO DURANTE LA MEIOSI NEL LIEVITO
a: Una rappresentazione schematica della
configurazione dei telomeri durante la meiosi nel
lievito in erba. I telomeri vengono rilasciati dall’
involucro nucleare al momento della replicazione
del DNA. Attraverso l'iniziazione alla
ricombinazione nel tardo leptotene, i telomeri si
ricollegano all'involucro nucleare. Alla transizione
leptotene-zygotene, i telomeri si raggruppano
strettamente vicino al “spindle pole body”in un
"bouquet". Al pachitene, i telomeri di nuovo si disperdono intorno all'involucro nucleare. b-f: un'immagine confocale di
nuclei di Saccharomyces cerevisiae intatti che sono colorati con DAPI (blu; indica DNA), FITC (verde = telomeri) e
rodamina (rosso = un cosmide del cromosoma 11). b- Il nucleo pre-meiotico con diversi cluster di telomeri periferici e
segnali cosmici separati. c- Il nucleo pre-meiotico con una distribuzione telomerica simile, ma con segnali cosmidi
associati. d- Il nucleo meiotico con cluster di telomeri e segnali cosmici separati. e- Il nucleo meiotico con telomeri a
gruppi e cosmidi accoppiati. f- Il tardo nucleo meiotico, con telomeri a cluster periferici e cosmidi accoppiati.
a | Preleptotene. I telomeri (rosa) transitano
nell'involucro nucleare dopo che la replicazione
del DNA è stata completata o ridistribuita sulla
periferia nucleare. I territori cromosomici
compatti, per lo più separati, (trovati nei
mammiferi, nel lievito e in alcune piante)
iniziano ad allungarsi. (Per semplicità, viene
mostrata solo una coppia di cromosomi
submetacentrici, rosso.) B | Leptotene.
Telomeri di cromosomi allungati sono stati attaccati casualmente sull’ involucro nucleare. Nel lievito, la localizzazione
periferica dei telomeri dipende dall'integrità del complesso dei telomeri. I telomeri si spostano quindi vicino al
centrosoma (arancione) o equivalente (mammiferi, alghe, lieviti); questo processo richiede probabilmente proteine
motorie e microtubuli intatti. In alternativa, le rotazioni nucleari potrebbero posizionare i telomeri vicino al
centrosoma, dove vengono catturati. Durante questi movimenti, gli incontri tra cromosomi allungati, che
probabilmente presentano rotture del DNA a doppio filamento durante questo periodo, contribuiscono al test e al
riconoscimento dell'omologia. c | Zigotene. Durante il più stretto clustering di telomeri (bouquet) alla transizione
leptotene-zygotene, la maggior parte delle frazioni cromosomiche terminali sono allineate, consentendo interazioni
cromatiniche intense. (Le specie che trasformano un orientamento Rabl nel bouquet richiederanno meno tempo per
raggiungere questo stadio.) Il passaggio dallo zigotene al pachitene vede l'inizio e la progressione della condensazione
dei sinapsi e dei cromosomi, che potrebbe guidare la risoluzione della topologia dei bouquet. d | Pachytene. Gli
omologo sono accoppiati longitudinalmente dal complesso sinaptonemico. I telomeri degli omologhi accoppiati sono
sparsi sulla busta nucleare
Self-organization in the genome
Le interazioni funzionali tra i cromosomi determinano modelli
di localizzazione dei cromosomi. Le interazioni includono
l'associazione dei centromeri (rosso), il raggruppamento dei
geni coregolati (verde), l'associazione di un elemento
regolatore e dei suoi geni bersaglio (giallo), l'interazione di una
regione del genoma con l'involucro nucleare (blu) o i gruppi di
geni rDNA (neri) . Ogni interazione vincola il movimento del
cromosoma e la somma di tutte le interazioni determina in
definitiva la posizione di un cromosoma rispetto a tutti gli altri.
Le interazioni inter-cromosomiche possono anche determinare indirettamente la posizione di un cromosoma rispetto al
centro / periferia del nucleo. Nlo, nucleolo.
Come risultato del "fine del problema di
replicazione", i telomeri si accorciano dopo ogni
divisione cellulare. Quando i telomeri raggiungono
una lunghezza critica, il reclutamento di proteine
leganti telomeri e di tappatura dei telomeri è
insufficiente. L'estremità del cromosoma non
protetto assomiglia a una rottura del DNA a
doppio filamento che è altamente instabile e può
dare origine a riarrangiamenti cromosomici.
Poiché l'erosione dei telomeri limita la capacità proliferativa delle cellule, i cloni trasformati premalignati cessano di
consumare quando i loro telomeri si accorciano. I telomeri accorciati in modo critico provocano una potente risposta al
danno del DNA e accumulano numerosi marker di danno al DNA come gH2AX fosforilato, 53 BP1, CHK2. Molte di
queste proteine si localizzano direttamente su telomeri disfunzionali per formare focolai indotti da telomeri
disfunzionali (TIF). Tuttavia, l'ingresso in senescenza o apoptosi può essere aggirato da controlli del ciclo cellulare
disfunzionali e portare all'accumulo di riarrangiamento cromosomico e instabilità globale del genoma. I telomeri sono
strettamente legati alla tumorigenesi e la riattivazione della telomerasi aggira l'accorciamento dei telomeri e migliora
la capacità proliferativa di un sottogruppo di cellule.j