Regulación de la estructura y de la función de los telómeros en A. thaliana

Nuestro grupo se centra en el estudio de los telómeros de la planta modelo Arabidopsis thaliana. Estudiamos la influencia de las características epigenéticas de las regiones teloméricas y de diferentes proteínas teloméricas en la biología de los telómeros.

Los telómeros se localizan en los extremos de los cromosomas eucariotas y se asocian con múltiples proteínas dando lugar a complejos nucleoproteicos que resuelven dos problemas fundamentales. Por un lado, solucionan el problema de replicación que surge como consecuencia de la limitación que tienen las DNA polimerasas para sintetizar la cadena rezagada al final de las moléculas de DNA lineales. Por otro lado, solucionan el problema de protección que surge en los extremos del DNA y en los cortes de doble cadena. El problema de replicación suele resolverse mediante la enzima telomerasa, que es una retrotranscriptasa que añade repeticiones teloméricas a los extremos 3′ del cromosoma mediante el uso de un molde de RNA, y mediante proteínas adicionales que contribuyen a rellenar el extremo 3′ extendido por la telomerasa. En cuanto al problema de protección, dos complejos proteicos conservados contribuyen a evitarlo. Estos complejos, conocidos como shelterin y CST, también contribuyen a resolver el problema de la replicación final. Mientras que en Arabidopsis existen complejos funcionales de telomerasa y CST, la existencia de un complejo shelterin funcional no ha sido claramente establecida.

Las características epigenéticas de dominios cromosómicos definidos condicionan sus propiedades bioquímicas y funcionales. De ahí el interés en estudiar las marcas epigenéticas presentes en loci cromosómicos relevantes. Las regiones teloméricas, que incluyen telómeros y subtelómeros, han sido consideradas tradicionalmente heterocromatínicas. Sin embargo, mientras que la naturaleza heterocromatínica de los subtelómeros es ampliamente aceptada, el estado epigenético de los telómeros sigue siendo controvertido. Esto se debe en gran medida a la dificultad para estudiar las características epigenéticas de los telómeros. Las modificaciones epigenéticas de los telómeros se han analizado habitualmente mediante microscopía o mediante inmunoprecipitación de cromatina (ChIP). Sin embargo, estos análisis podrían verse comprometidos por los subtelómeros y/o las secuencias teloméricas intersticiales (ITS). Mientras que los telómeros y los subtelómeros no se pueden diferenciar mediante técnicas de microscopía estándar, es posible que los telómeros y las ITS no se diferencien en los análisis de ChIP si estos análisis no se controlan adecuadamente. Por tanto, los estudios centrados en las características epigenéticas de los telómeros deben diseñarse e interpretarse cuidadosamente.

Nuestro grupo ha diseñado y puesto a punto múltiples técnicas que permiten el análisis de la organización de la cromatina telomérica de Arabidopsis independientemente de las ITS. Estas técnicas se basan en el estudio de experimentos ChIP seguidos de hibridación con una sonda telomérica, PCR o secuenciación, o en el análisis de estudios de secuenciación con bisulfito del genoma completo. Además, hemos implementado técnicas de PCR para estudiar la longitud de los telómeros de Arabidopsis y cómo esta longitud o los factores ambientales influyen en la protección de los telómeros y la proliferación celular. Al utilizar estas técnicas, hemos descubierto que los telómeros de Arabidopsis tienen niveles bajos de marcas heterocromatínicas, mientras que las regiones subteloméricas y las ITS se asocian con heterocromatina. Por tanto, las regiones teloméricas en Arabidopsis tienen una organización de cromatina bimodal con telómeros que carecen de marcas heterocromatínicas y subtelómeros heterocromatínicos. Dado que también hemos descubierto que la heterocromatina de Arabidopsis controla la longitud de los telómeros, hemos propuesto que la heterocromatina subtelomérica podría influir en la biología de los telómeros. Además, hemos puesto de manifiesto que el complejo CST ejerce una protección generalizada de los telómeros de Arabidopsis.

Nuestro grupo también ha descubierto que las características epigenéticas de los telómeros humanos no son heterocromatínicas. Por lo tanto, dado que se sabe que los subtelómeros humanos se organizan como heterocromatina, las regiones teloméricas humanas también tienen una organización cromatínica bimodal. Esta organización es bastante novedosa porque tanto los telómeros como los subtelómeros se organizan como heterocromatina en otros sistemas modelo. Por ello, hemos propuesto que se debe considerar la organización bimodal de los telómeros humanos cuando se utilicen fármacos epigenéticos en ensayos clínicos para el tratamiento del cáncer.