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TEMAS
Telómeros
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Fecha de Publicación: 22-4-2008 Última actualización : 24-4-2008
Resumen
El telómero es una región de ADN no codificante que se encuentra en los extremos de los cromosomas lineales. La longitud del telómero varía según la especie y el cromosoma. En la especie humana el ADN telomérico (ADNt) está formado por la repetición en tándem de la secuencia telomérica “TTAGGG/AATCCC” que se encuentra repetida unas 2000 veces. Los telómeros están implicados en numerosas funciones celulares relacionadas con la estabilidad de los cromosomas y la división celular. Estructuralmente, el ADN de los telómeros tiene una región de doble hebra y una zona, en el extremo 3´, que carece de hebra complementaria. Las dos hebras del telómero son asimétricas en cuanto a composición y tamaño. La hebra del extremo 3´ es rica en G y la hebra del extremo 5´ es rica en C.

En los cromosomas lineales la ADN polimerasa no puede copiar las últimas bases del extremo 3´ del telómero ya que necesita espacio en la hebra molde para la introducción del cebador. Como consecuencia de este impedimento, en cada ciclo de replicación del ADN los cromosomas lineales sufren un pequeño acortamiento. Si este acortamiento es excesivo puede verse afectada la integridad del cromosoma. La enzima telomerasa lleva a cabo la elongación de los telómeros que permite la conservación del tamaño de los telómeros tras los ciclos de replicación. La telomerasa es una ribozima que lleva consigo un molde de ARN que emplea para sintetizar ADN telomérico en el extremo 3´ del cromosoma.

Cuando una línea celular no tiene una telomerasa activa, los telómeros de los cromosomas se van acortando de unos 50 a 200 pares de bases en cada división. Si el acortamiento alcanza un nivel crítico se induce la senescencia de las células de esa línea celular. En definitiva los telómeros se pueden considerar como estructuras dinámicas que actúan a modo de reloj celular. Su longitud está en relación con el tiempo de vida y depende de varios factores como la velocidad de degradación de los telómeros y la velocidad y el tiempo de actuación de la telomerasa en cada cromosoma.
Concepto
La imagen representa la estructura del G-cuadruplete presente en los telómeros
Los telómeros se relacionan con las siguientes funciones celulares:
  • Mantenimiento de la estabilidad cromosómica formando estructuras que evitan la fusión de cromosomas o la actuación de mecanismos degradativos, evitando así la muerte celular y la pérdida de genes importantes para la vida de la célula.
  • La mitosis. La longitud de los telómeros es uno de los parámetros que determinan el número de divisiones de una célula y por tanto la duración de su vida.
  • La meiosis ya que facilitan el reconocimiento de cromosomas homólogos.
  • La activación o desactivación de la telomerasa influye en el desarrollo y el envejecimiento de los tejidos de un organismo.
  • La telomerasa juega un importante papel en alteraciones fisiológicas como el desarrollo de carcinogénesis o la infección por el VIH.
Al ADN telomérico se asocian de forma específica un conjunto de proteínas, además de las histonas, cuyas funciones aún no se conocen con exactitud. Algunas de estas proteínas conectan el estado del telómero con la regulación de rutas metabólicas. La pérdida funcional de estas proteínas puede causar graves trastornos. A continuación se describen algunas de estas proteínas:
  • Los factores TRF1 y TRF2 (Telomeric Repeat binding Factor 1 and 2) se asocian a la zona de doble hebra del telómero y están implicados en el control de la longitud del telómero y en la formación y mantenimiento de estructuras protectoras de los telómeros
  • Proteínas de protección telomérica (POT1) que se asocian a la región monohebra. La proteína POT1 además de proteger la monohebra puede mediar la acción de TRF1 sobre la longitud del telómero.
  • La proteína RAP1 (Repressor Activator Protein) que es capaz de interaccionar con TRF2 y parece ser un regulador negativo de la longitud del telómero.
  • Helicasas "Bloom" y "Werner" (BLM y WRN). Interaccionan con las proteínas descritas anteriormente y ,aunque sus acciones aún no se conocen con exatitud, alteraciones en estas proteínas parecen estar relacionadas con enfermedades que implican inestabilidad genética.
Varios estudios han demostrado que la proteínas que se asocian al telómero son capaces de formar estructuras protectoras en el telómero como el “t-loop” o los “G-cuadrupletes”. El "t-loop" es un lazo en el extremo final del telómero que se forma al introducirse el extremo monohebra 3´ en la región de doble hebra del telómero. Los G-cuadrupletes son pliegues que permiten la interacción de varias guaninas de la propia hebra y que se estabilizan gracias a la interacción con un catión monovalente como el K+ o el Na+. La topoisomerasa I es la enzima que forma estas estructuras de G-cuadruplete en humanos.

La telomerasa es una ribozima compleja formada por varias subunidades. Su núcleo principal está compuesto por la subunidad catalítica llamada hTERT (human TElomerase Reverse Transcriptase) de naturaleza proteica y con actividad de transcriptasa inversa , y la subunidad de ARN llamada hTR (human Telomerase RNA ) que tiene una estructura secundaria específica y hace de molde para la síntesis de ADN telomérico. En el ensamblaje de la telomerasa participan la Hsp90 (Heat shock protein 90) y la p23. La actividad de la telomerasa está determinada por el tipo de tejido y el momento del desarrollo. Por ejemplo en tejidos de adultos con intensa renovación como células endoteliales y el endometrio existe una alta actividad telomerasa. En linfocitos B o T se induce su actividad cuando son activados. En las células del blastocito se aprecia un alto nivel de telomerasa en casi todos los tejidos que desaparece después del nacimiento.

Se ha observado que la telomerasa está activa en más del 85% de los tejidos cancerosos ya que el mantenimiento del telómero es fundamental para la proliferación continuada de las células cancerígenas. La detección de niveles elevados de telomerasa se ha usado para el diagnóstico precoz del cáncer. Inhibidores de la telomerasa se han utilizado como agentes antitumorales con alto grado de selectividad. Mutaciones en hTERT y hTR se han asociado a enfermedades que afectan a la médula espinal y a otros síndromes con una serie de síntomas comunes como el envejecimiento prematuro, la susceptibilidad al cáncer, la sensibilidad al daño del ADN y los telómeros críticamente cortos. Un ejemplo es el síndrome "Nijmegen breakage" (NBS).

La telomerasa es una importante potencial diana terapéutica para procesos tumorales. También ha suscitado gran interés como herramienta para potenciar la supervivencia de células de cultivos celulares para su uso en ingeniería tisular. la La introducción de hTERT es suficiente para originar actividad telomerasa en células que no la tienen. Se han conseguido un gran número de líneas celulares diferentes de este modo.

La mayoría de las estrategias terapeúticas que actúan sobre el telómero o la telomerasa se encuentran aún en fase de investigación en el laboratorio.

La terapia con ARN interferente es un efectivo método de inhibición de la expresión de un gen determinado en células humanas. Se han realizado experimentos de transfección con fragmentos de ARN de 21 nucleótidos cuya diana era el ARN mensajero de la subunidad catalítica de telomerasa, logrando una reducción de la actividad telomerasa en una variedad de líneas celulares de carcinomas o sarcomas. Por ejemplo, experimentos realizados con siRNA (short-interfering RNA) complementario a hTERT y a hTR en cancer de colón demuestran un descenso de la actividad telomerasa de hasta 35%.

Otra enfermedad donde el papel de la telomerasa es relevante es el SIDA donde se aprecia un déficit en la actividad telomerasa. En personas con infección crónica de VIH una gran proporción del de células T CD8+ muestran características de senescencia replicativa. La senescencia replicativa es un estado final de la enfermedad caracterizado por una inhibición irreversible del ciclo celular, múltiples cambios genéticos y funcionales y un acortamiento de los telómeros. Estas características disminuyen la capacidad proliferativa de los linfocitos ante una estimulación antigénica y permite el avance del SIDA. Estudios in vitro demostraron que la inducción de la expresión de hTERT aumentaba de forma apreciable la capacidad para inhibir la replicación del virus VIH-1 y promovía la producción de IFN-gamma y TNF-alfa en respuesta a una estimulación con derivados peptidicos del VIH. De esta forma, la inducción de la actividad de la telomerasa puede dar lugar a nuevas formas de inmunoterapia, particularmente durante los últimos estados de enfermedad cuando la actividad citolítica de las células T CD8+ está muy disminuida. Estudios con células derivadas de individuos infectados muestran que un incremento de la longevidad de la célula y de la estabilización de la longitud del telómero previene del incremento de inhibidores del ciclo celular, aumenta la producción de citoquinas asociadas a respuesta inmune antiviral y retrasa la pérdida de la expresión de CD28.

La actividad telomerasa también se puede regular modulando la actividad de las proteínas que intervienen en su ensamblaje, como la Hsp90 y la p23. La inhibición de la Hsp90 además de impedir la formación del complejo produce la degradación de hTERT. Existen inhibidores de la telomerasa como la geldanamicina y la novobiocina.

Otro tipo de moléculas estudiadas como posibles fármacos actúan estabilizando la estructura G cuadrupletes. Algunos ejemplos de este tipo de moléculas son el "BRACO-19", la "3,6,9-trisubstituted acridine" y la telomestatina. La telomestatina inhibe la interacción de POT1 con los G-cuadrupletes del telómero. En estudios recientes se comprobó que células tratadas con telomestatina mostraban un fuerte descenso en los niveles de POT1 unido a los telómeros, produciéndose una desprotección del telómero y un incremento en su tasa de degradación. También se comprobó que la sobreexpresión de POT1 permite, no obstante, la resistencia al tratamiento con telomestatina
Bibliografía