Telomere maintenance, function and evolution: the yeast paradigm

Cromosome Research (2005) 13:535-548

Cibele Caio

Diogo Cavalcanti

Sárah Oliveira

M. T. Teixeira & E. Gilson

Telômero

• Complexos de DNA-proteina

• Extremidades dos cromossomos lineares– protegem da degradação, recombinação e

fusões robertsonianas, estabilizando-os.

Estrutura Telomérica

Estrutura Telomérica

• Modelo proposto para a extremidade telomérica de um cromossomo.

Replicação

• Região sem primer no filamento lagging

• Impossível substituição por DNA

• Telômeros mais curtos a cada ciclo.

Telomerase

Ação da Telomerase

Objetivos

• Examinar o conhecimento atual sobre os processos biológicos que operam-se em telômeros de espécies diferentes de levedura, enfocando Saccharomyces cerevisiae.

• Discutir um possível cenário evolutivo que explique a incrível diversidade molecular dos telômeros de leveduras.

Por que leveduras?

• Fungos de origem heterogênea– Unicelulares– Reprodução vegetativa

• Apareceram diversas vezes durante a evolução entre determinados fungos

• Ramos independentes: cedo na evolução fúngica– Saccharomyces cerevisiae x Schizosaccharomyces pombe

• Telomerase dependentes

• EST: Ever Short Telomeres– Identificação de mutantes de telomerase

• TPE: Telomere Position Effect

• Componentes para função dos telômeros e telomerase

• Fatores envolvidos na manutenção do telômero

Por que leveduras?

• Genética e Genômica das leveduras: ferramentas importantes para a pesquisa de telômeros.

• Seqüenciamento do genoma de S. cerevisiae– Subunidade catalítica da telomerase

Por que leveduras?

Objetivo mais recente

• Descrever o metabolismo telomérico global em alguma levedura modelo

• Seguir a evolução de funções celulares essenciais a partir de diversos filos de levedura

Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae

• CARACTERÍSTICAS GERAIS:– Repetições; Variável [ TG1-3 ou TG2-3(TG)1-

6];– Natureza repetitiva (manutenção)– Degeneração

TGGGTGGG TGGTGTG

TGACACACCCACACAC

TGTGTGTGGGTGTGTG

TGTGTGTGGGTGTGTG

TGTGTGTGGGTGTGTG

ACACACCCACACAC

ACACACCCACACAC

5´ 3´

ACACACCCACACAC

CICLO 1

CICLO 2

Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae

• FUNCIONALIDADE:– Genes envolvidos (fig3)– In vivo: Proteínas adicionais (Est1, Est3,

Cdc13)– Cdc13– Ten1 DNApol α– Stn1

EST2

TLC1

ACACACCCACACAC

ACACACCCACACAC

Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae

• FUNCIONALIDADE:– Genes envolvidos (fig)– In vivo: Proteínas adicionais (Est1, Est3,

Cdc13)– Cdc13– Ten1 DNApol α– Stn1

Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae

• FUNCIONALIDADE:– Fatores: Ku, Mre11/Xrs2/Rad50, Rad27,

DNA2 (revisão)– Ciclo celular (cascata protéica)

Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae

• ESTRUTURA /REGULAÇÃO:– Telossomo– 32 telômeros (4-6 estruturas)

– TPE: Sir interação com histonas

Gene ADE2 sendo expresso

Gene ADE2 sendo expresso (branco)Gene ADE2 não-expresso (vermelho)

o gene ADE2 na posição correta no cromossomo

gene ADE2 localizado perto do telômero

Olho normal(gene branco + expresso)

Olho com coloração variada(gene branco+ expresso em setores vermelhos, não-

expresso em setores brancos)

telômero telômero

Gene branco +na posição correta

heterocromatina

Gene branco +perto da heterocromatina

Inversão rarano cromossomo

Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae

• Rap1:– Transcrição (sítios não teloméricos)– Fusão– Comprimento (Rif1 e Rif2)– TPE: Sir

Evolução do DNA telomérico

Unidade de repetição telomérica em eucariotos.

Unidade de repetição telomérica em ascomicetos

Evolução do DNA telomérico

• TTAGGG: Presente antes da divergência das leveduras– Encontrada nas regiões subtelocêntricas de Sc

• Linhagens “humanizadas”– Reconstituição da biologia telomérica humana– Estudos de “evolução reversa”

• Entender adaptações a uma condição ancestral

• Há um continuum funcional – TTAGGG TG-degenerado

Evolução do DNA telomérico

• Características que contribuíram para a rápida evolução telomérica em levedura:

– Suas telomerases podem acomodar uma variedade de mutações (CA) no molde de RNA

– Atividade da telomerase adaptada para qualquer dos modelos

Evolução do DNA telomérico

• Particularidades para evolução

– Preservação de um “capeamento” eficiente

– Quartetos G (G4): característica conservada do DNA telomérico

Evolução de proteínas teloméricas de ligação ao DNA

Domínios Rap1 conservados em Ascomicetos.

Modelo para a evolução dos telômeros em Ascomicetos.

Tabela 1. Conservação de proteínas teloméricas em Ascomicetos.

• Tbf1: remanescente de uma única proteína de ligação ao telômero

- Sc: repetições TTAGGG

-Regulam o comprimento do telômero

• Atividade de ligação ao DNA telomérico de Sp

Modelo para a evolução dos telômeros em Ascomicetos.

Tabela 1. Conservação de proteínas teloméricas em Ascomicetos.

Modelo para a evolução dos telômeros em Ascomicetos.

• Propostas: - Um ou mais mutações do molde: Rap1 e

Cdc13

- Testar Cdc13 - Proteção ao filamento G-overhang

- Estrutura do DNA G4

• DNA telomérico limitado aos domínios diferentes

- Funções importantes são mantidas por domínios similares

Evolução do DNA telomérico

• Evolução dos telômeros e suas proteínas

• Adaptação

• Genes subteloméricos

Obrigado!