Il buco del destino che protegge le estremità del nostro cromosoma

Stabile: Il POT1 umano protegge la giunzione del DNA telomerico ds-ss coprendo l’estremità a cinque terminali del cromosoma

I ricercatori hanno identificato una nuova caratteristica di come le estremità normali dei nostri cromosomi ci proteggono da esiti dannosi.

In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università del Michigan hanno esaminato come il processo di riconoscimento del danno al DNA sembri distinguere tra rotture dannose del DNA che necessitano di riparazione e le normali estremità dei cromosomi, chiamate telomeri, che devono essere lasciate in pace.

“Se riesci a risolverlo”, ha detto, “se non riesci a risolverlo, la cellula muore. Non vuoi continuare a dividersi con il DNA rotto. Questo è ciò che accade in una cellula normale, ed è una buona cosa. ” Jayakrishnan NandakumarProfessore di Biologia Molecolare, Cellulare e dello Sviluppo.

“Tranne il problema è che la rottura del cromosoma medio e le estremità normali del cromosoma sono le stesse, chimicamente parlando, ma riparare le estremità normali può essere disastroso, perché i nostri cromosomi si legheranno l’uno all’altro”.

I ricercatori sanno che un complesso proteico chiamato rifugio ricopre l’estremità del cromosoma e protegge i telomeri dalla risposta al danno del DNA. Sebbene i biologi abbiano identificato il rifugio circa 15-20 anni fa, i ricercatori non hanno il quadro completo di come i telomeri sono protetti.

Nandakumar e il suo team, incluso il capo scienziato Valerie Temer, ha dimostrato che una proteina protettiva chiamata POT1 utilizza una cavità che i ricercatori chiamano “foro POT” per nascondere l’estremità normale del cromosoma affinché non venga riconosciuta come danno al DNA dal macchinario ATR. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science.

“Lo dedichiamo alle strade del Michigan, non tutte le buche sono cattive”, ha detto Nandakumar.

Sebbene i nostri cromosomi siano per lo più a doppio filamento (ds), un filamento termina leggermente prima dell’altro. Quindi il filamento che si estende un po’ di più forma una coda a singolo filamento (ss) all’estremità del cromosoma. La regione in cui la regione ds incontra la coda ss è chiamata giunzione telomerica ds-ss. Ciò significa che il DNA telomerico ha tre parti: le sezioni trasversali ds-, ss- e ds-ss. L’estremità del DNA all’interno della giunzione ds-ss è chiamata la quinta estremità primaria o 5 ‘.

Il meccanismo di danno del DNA dell’ATR riconosce le rotture del DNA che hanno un’intersezione ds-ss e una coda ss. Quindi cosa impedisce all’ATR di riconoscere la giunzione ds-ss e la coda ss dei telomeri? Era già noto che POT1 protegge la coda ss-telomerica, ma non era noto come proteggesse la giunzione telomerica ds-ss.

Utilizzando un metodo chiamato cristallografia a raggi X, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare in 3D l’unione tra la proteina POT1 e l’estremità 5′ del DNA alla giunzione ds-ss. In particolare, i ricercatori sono stati in grado di vedere con precisione la cavità in cui si blocca la punta del cromosoma 5, impedendo l’accesso al macchinario ATR.

Tesmer è stato il ricercatore che ha realizzato questa funzione di POT1. Ha setacciato le ricerche precedenti, concentrandosi su un documento che riportava il misterioso sito di legame del DNA POT1. Tesmer ha decodificato questo sito del DNA per essere la giunzione telomerica ds-ss, che ha portato alla scoperta finale che POT1 lega la giunzione telomerica ds-ss.

Tesmer e collega coautore Cristina Brenner ha testato l’importanza del foro POT nella protezione dalla risposta al danno del DNA introducendo mutanti del foro POT che impediscono a POT1 di unirsi con la giunzione ds-ss. Queste mutazioni hanno permesso al meccanismo di risposta al danno del DNA di riconoscere i telomeri e ci hanno mostrato perché è così importante avere un foro POT intatto alle estremità del nostro cromosoma.

“La nostra scoperta che POT1 si lega alla giunzione ds-ss (telomerica) espande il modo in cui pensiamo al POT1 umano come protettivo per i telomeri”, ha affermato Tesmer.

Lungo la strada, i ricercatori hanno anche risolto un altro importante enigma biologico. I topi hanno due copie di POT1: POT1a e POT1b, ma solo POT1a protegge completamente le estremità del cromosoma. Perché POT1b non può sostituire POT1a? Il motivo è che solo POT1a ha un foro POT e collega la giunzione ds-ss.

“Il nostro studio ha dimostrato che anche le estremità 5′ dei nostri cromosomi sono ricoperte da una proteina. Si tratta di una proteina precedentemente nota per legare le estremità dei cromosomi. Non sapevamo che in realtà copre l’estremità 5′”, ha detto Nandakumar. “Se dovessimo esaminare i nostri libri di testo e mostrare come sono le estremità del nostro cromosoma, dovremmo mostrare un tappo all’estremità 5′, e quel tappo sarebbe la proteina POT1”.