Las proteínas de unión a los telómeros (también conocidas como TERF , TRBF , TRF ) funcionan para unirse al ADN telomérico en varias especies. En particular, la proteína de unión a los telómeros se refiere al factor de unión a la repetición TTAGGG-1 ( TERF1 ) y al factor de unión a la repetición TTAGGG-2 ( TERF2 ). [1] Las secuencias de telómeros en humanos están compuestas por secuencias TTAGGG que brindan protección y replicación de los extremos de los cromosomas para evitar la degradación. Las proteínas de unión a los telómeros pueden generar un bucle T para proteger los extremos de los cromosomas. [2] Los TRF son proteínas bicatenarias que se sabe que inducen la flexión, la formación de bucles y el apareamiento del ADN, lo que ayuda a la formación de bucles T. Se unen directamente a la secuencia de repetición TTAGGG en el ADN. [3] También hay regiones subteloméricas presentes para la regulación. Sin embargo, en los humanos, hay seis subunidades que forman un complejo conocido como shelterina . [4]
Hay seis subunidades que forman el complejo de proteínas de unión a telómeros conocido como shelterina : TERF1 , TERF2 , POT1 , TIN2 , RAP1 y TPP1 . Tanto TERF1 como TERF2 se unen a las secuencias repetidas teloméricas en la región dúplex del genoma in vivo . Las proteínas de unión al ADN incluyen TERF1, TERF2 y POT1, que tienen secuencias específicas, alterando la afinidad de unión o los mecanismos reguladores. [5] TIN2, RAP1, TPP1 son proteínas adaptadoras que influyen en los complejos de señalización. [6]
Ambos TRF son proteínas homodímeras independientes , similares al motivo hélice-giro-hélice de Myb con pliegues de unión al ADN en el extremo C. [7] Hay regiones altamente conservadas ubicadas en el centro con relación a la formación de homodímeros. [8] Sin embargo, difieren en el extremo N , ya que TERF2 contiene un motivo básico mientras que TERF1 es ácido, por lo que no se dimerizan. Hay una curva angular de 120˚ en TERF1 cuando se une al sitio telomérico. [7]
El complejo reconoce las secuencias teloméricas TTAGGG, que indican el final de un cromosoma. [5] Las proteínas de unión a los telómeros funcionan para generar un bucle T, que es una estructura de bucle especializada para tapar los extremos teloméricos. La actividad de la telomerasa está regulada por la protección de los telómeros 1 (POT1). [9] Sirven como una salvaguarda protectora contra la degradación prematura, ya que los extremos de los telómeros ya no están ocultos a la detección de daños. Las proteínas de unión a los telómeros que no están presentes pueden hacer que los telómeros expuestos experimenten una respuesta de reparación del ADN, habiendo identificado erróneamente los extremos como una rotura de doble cadena. [5] [6] Esto se debe al saliente 3', que se acorta gradualmente con el tiempo. Se produce un proceso conocido como destaponamiento , en el que el complejo shelterina se disocia del telómero cuando se encoge a una longitud crítica. [6]
TERF1 está presente durante todas las etapas del ciclo celular, actuando como un regulador negativo en tándem con TERF2 mientras que en contraste con la telomerasa. [8] Su función principal parece observarse en el control de las longitudes de los telómeros a través de la inhibición de la telomerasa. Por lo tanto, la eliminación de TERF1 conducirá a un aumento en la longitud de los telómeros. [8] TERF1 puede reducir la accesibilidad de la telomerasa hacia el final de la longitud del ADN, lo que resulta en su inhibición. Puede haber posibles modificaciones postraduccionales de TERF1 mediante la adición de ribosa para inducir la regulación de la telomerasa. Después del alargamiento del telómero, TERF1 se reensambla para formar una estructura de bucle T inaccesible. [10]
Tiene homología con los factores de transcripción Myb, ya que el complejo proteína-ADN requiere ambas repeticiones Myb. TERF1 se une cerca del extremo N en un dominio altamente conservado para formar una interacción homodímera. Dado que TERF1 dobla el sitio telomérico, puede ser un paso crítico para el funcionamiento adecuado de los telómeros para mantener su longitud. [7] TERF1 también sirve para evitar que las estructuras secundarias problemáticas obstaculicen la progresión al interactuar con la helicasa para un desenrollado sin obstáculos. [4]
TERF2 es un homólogo de TERF1 y presenta muchas similitudes funcionales y bioquímicas. TERF2, al igual que TERF1, tiene cierta relación con el motivo de unión al ADN de Myb. Actúa como un regulador negativo secundario, ya que la sobreexpresión de TERF2 produce un acortamiento del telómero. [8] TERF2 también puede ocultar los extremos del telómero para evitar su detección por degradación. [5] Existe una mayor conservación entre especies en TERF2 posiblemente debido a un mayor riesgo de senescencia cuando está mutado. [11]
TERF2 se une directamente a la secuencia de ADN, formando una estructura de bucle T. [12] Por lo tanto, TERF2 desempeña un papel en la inducción de la formación de bucle al plegar la secuencia 3' TTAGGG de nuevo en la secuencia dúplex. [8] Cuando se elimina, se puede observar la degradación de los salientes 3' teloméricos. Sin embargo, esto requiere el trabajo de la exonucleasa de reparación por escisión ERCC1/XPF , por lo que la inhibición de TERF2 por sí sola puede no conducir necesariamente a un acortamiento inmediato. Tras la eliminación de TERF2, hay co-localización con TERF1 con la asociación de factores de respuesta al daño del ADN. [12] En condiciones celulares normales, se sabe que TERF2 suprime la vía ATM, sin embargo, los mecanismos de los cuales, actualmente, no están claros. [4]
TERF1 y TERF2 tienen funciones particulares que se sabe que están asociadas con otras subunidades dentro del complejo shelterina. Interactúan con TIN2 para reclutar la unión de TPP1 al permitir que TIN2 forme un puente. Como resultado, se produce una cascada de interacciones mediante el reclutamiento de POT1 y RAP1 y el complejo shelterina se completa para proteger y regular los extremos teloméricos. [4]
Para que el TERF2 funcione correctamente, es necesario estabilizarlo mediante la interacción de TERF1 y TIN2. Esto sugiere que una deficiencia en cualquiera de las tres proteínas anteriores dará lugar a una célula disfuncional. [12] A pesar de ser un regulador negativo de la telomerasa, actualmente no se conocen efectos de los TRF sobre la expresión de la telomerasa. [8]
Cuando TERF2 está ausente o no funciona, la quinasa ATM se activa en los extremos de los cromosomas para desencadenar una respuesta de daño del ADN , similar a una respuesta a una rotura de doble cadena. Esto luego reclutará factores de respuesta al daño como H2AFX y 53BP1 cuando los telómeros se acortan y desprotegen. [4] [12] Tras la activación de la quinasa ATM, se activa p53 para inducir la detención del ciclo celular e iniciar la apoptosis . Además, la detección de daños mediará la unión de extremos no homólogos (NHEJ) , produciendo una fusión de extremo a extremo de roturas de doble cadena. Sin embargo, aún no se sabe cómo los telómeros pueden detectar la presencia de daños. [12]
TERF2 también tiene implicaciones en la vía de reparación por escisión de nucleótidos (NER) según experimentos en ratones K5-Terf2. [13] Se sugiere que las personas con telómeros críticamente cortos son más propensas al cáncer de piel por exposición a rayos UV. [5] Como resultado, TERF2, con funciones en los controles de longitud de los telómeros, puede afectar la reparación del daño por rayos UV. Por ejemplo, la nucleasa XPF , un componente de NER, se localiza en los telómeros cuando se desencadena la respuesta de reparación del daño. La presencia de TERF2 inicia entonces la actividad de XPF que conduce a la escisión de los extremos teloméricos causando una reducción en la longitud. [13]
El TERF2 puede desempeñar un papel en los cánceres, ya que se ha demostrado que su expresión aumenta en los tumores humanos. Un estudio de tumores realizado en ratones indujo la sobreexpresión de TERF2 en la piel. Cuando se expuso a la luz, las observaciones notables mostraron hiperpigmentación y tumor de la piel similar al síndrome humano xeroderma pigmentosum . Encontraron telómeros significativamente acortados con mayor inestabilidad del cromosoma general al analizar las células. El acortamiento de los telómeros se atribuyó a XPF, una nucleasa de reparación por escisión, con un vínculo con TERF2 que causa inestabilidad genómica. [13]
El cáncer oral también tiene una relación con las proteínas de unión a los telómeros, en particular con TERF2. La sobreexpresión de TERF2 ha sido una similitud notable entre pacientes con neoplasias malignas orales en humanos. De manera similar a las células dañadas por los rayos UV, hubo una inestabilidad genómica general que llevó a la pérdida de la protección de los extremos teloméricos. El desequilibrio de TERF2 y la telomerasa tiene implicaciones significativas en los mecanismos de inducción del cáncer. Al dirigirse a las proteínas de unión a los telómeros que sirven para proteger los extremos, puede resultar fructífero en futuras terapias farmacológicas. [10]