Plantillas Lineales

{{Template.dropdown {path:” /Genetics/ "}}}

El problema de las plantillas lineales

El requerimiento de ADN polimerasas para tener un cebador causa un problema en los extremos de los moldes lineales. Como se ilustra en la Figura 6.13, la síntesis de la cadena principal puede proceder hasta el final de su cadena molde, pero la síntesis de la cadena retrasada no puede. A medida que la síntesis de cadenas rezagadas se acerca al final de su plantilla, en algún momento no estará disponible ningún sitio de unión para la primasa, y parte del extremo 3' del molde para la síntesis de cadenas rezagadas no se copiará. Por lo tanto, se deja un saliente 3' después de que la horquilla de replicación haya terminado, y parte del cromosoma no se copia en nuevo ADN. Si no se hiciera nada más, el cromosoma se acortaría progresivamente después de cada ronda de replicación.

Figura 6.13: La síntesis de cadenas rezagadas no puede copiar el final de un cromosoma lineal.

Se han descubierto al menos tres tipos diferentes de solución a este problema en diversos organismos. Uno, utilizado por bacteriófagos como l y T4, es convertir el molde lineal en un círculo. Por ejemplo, el cromosoma lineal del bacteriófago l tiene extremos cohesivos (cadenas simples complementarias en cada extremo, generadas por una endonucleasa de fago) que pueden aparearse tras la infección, formando así un molde circular para la replicación. Otros virus, como el adenovirus, unen una proteína al extremo del ADN no replicado para que sirva como cebador. Tal proteína unida obvia la necesidad de usar el ADN no replicado como molde, y todo el cromosoma viral puede replicarse.

Una tercera solución consiste en hacer de los extremos una serie de repeticiones simples que se sintetizan en un proceso distinto de la replicación del ADN. En efecto, los extremos de los cromosomas lineales de la mayoría (quizás de todos) eucariotas, llamados telómeros, están compuestos por muchas copias de una simple secuencia repetitiva. Esta secuencia es distintiva para diferentes organismos, pero en todos los casos una cadena es rica en G y la otra es rica en C. La unidad repetitiva para los telómeros humanos es 5' AGGGTT 3' que va desde el extremo centromérico de las repeticiones hasta el extremo telomérico), y las unidades repetitivas para el ciliado Tetrahymena es 5' GGGGTT 3'.

Se pueden sintetizar nuevas copias de las repeticiones teloméricas cada vez que se replica el cromosoma (Figura 6.14). Esta resíntesis de las repeticiones teloméricas contrarresta el acortamiento progresivo de los cromosomas lineales que se produciría si solo se utilizaran las horquillas de replicación para sintetizar nuevos cromosomas.

Figura 6.14. Adición de nuevas repeticiones teloméricas a los extremos de cromosomas replicados.

En esta figura, la cadena de “a” en los extremos del cromosoma es la repetición en tándem de secuencia simple, en forma dúplex. Por ejemplo, para un cromosoma humano, “a” sería

CEN... 5' AGGGTT 3'... TEL

3' TCCCAA 5'

o para un cromosoma Tetrahymena, “a” sería

CEN... 5' GGGGTT 3'... TEL

3' CCCCAA 5'

En cada caso, la “a” o monómero se repite miles de veces en tándem.

La adición de nuevas repeticiones teloméricas es catalizada por la enzima telomerasa. Como se ilustra en la Figura 6.15, esta enzima cataliza muchas rondas sucesivas de síntesis, añadiendo muchas copias de la repetición simple a los extremos de los cromosomas. La enzima es una ribonucleoproteína, es decir, tiene tanto un polipéptido como un componente de ARN. El ARN sirve como molde para dirigir la adición de nucleótidos al extremo 3' de la cadena rica en G+T, y el polipéptido actúa como transcriptasa inversa para hacer una copia de ADN de un segmento de hexanuclotida del ARN. Por ejemplo, la telomerasa de Tetrahymena copiará el 3'CCCCAA en el molde de ARN en repetición telomérica 5'GGGTT. Luego la enzima se desplaza y sintetiza otro hexanucleótido. El hecho de que el ARN sirva como molde se demostró intercambiando el componente de ARN de la telomerasa aislada con el ARN de la telomerasa de una segunda especie. Este intercambio condujo a la adición de telómeros con secuencias características de las de la segunda especie, mostrando que el ARN de la telomerasa es el determinante de la secuencia del telómero. El componente proteico proporciona la actividad transcriptasa inversa.

Una vez que muchas copias de la cadena rica en G+T de los telómeros han sido sintetizadas por la telomerasa, la cadena sencilla larga forma una estructura especializada hacia el extremo 3'. Algunas evidencias indican que se forma un “cuarteto G”, en el que cuatro nucleótidos de guanina forman un complejo unido a hidrógeno. El examen de los extremos de los cromosomas replicantes en el microscopio electrónico muestra una estructura circular. Aunque los detalles de la estructura al final de esta cadena no están completamente establecidos, es probable que un cebador para apoyar la síntesis de la cadena rica en C+A se haga de manera efectiva dando la vuelta a la cadena rica en G+T. La síntesis convencional por ADN polimerasas puede entonces copiar la cadena rica en G+T para hacer la cadena complementaria. Algunos procesos, por ejemplo nucleasas que actúan al final, pueden convertir la estructura especializada o horquilla en un dúplex lineal.

Figura 6.15. Síntesis de nuevas repeticiones teloméricas catalizadas por telomerasa. Esta enzima es un complejo ribonucleoproteico. El componente de ARN es el molde para la síntesis de repeticiones teloméricas.

¿Qué tan procesiva es la telomerasa?

No todas las células replicantes tienen actividad telomerasa. Esta actividad es mayor en algunas células transformadas que en células no transformadas. Además, las células más viejas tienden a tener telómeros más cortos. Así, los telómeros están siendo investigados activamente como posiblemente desempeñando papeles tanto en el envejecimiento como en la transformación tumorigénica.

Los telómeros son importantes para estabilizar los cromosomas. Algunas deleciones cromosómicas eliminan los extremos del cromosoma, incluido el telómero, y estos cromosomas acortados son menos estables que sus homólogos de tipo silvestre. Se han realizado mutaciones dirigidas en ratones para eliminar la actividad de la telomerasa. Estos ratones son viables por varias generaciones, pero muestran muchos cromosomas rotos y anormales, lo que demuestra la importancia de esta actividad.