Telomere maintenance, function and evolution: the yeast paradigm

1. Telomere maintenance, function and evolution: the yeast paradigm Cromosome Research (2005) 13:535-548 M. T. Teixeira & E. Gilson Cibele Caio Diogo Cavalcanti Sárah Oliveira

2. Telômero • Complexos de DNA-proteina • Extremidades dos cromossomos lineares • protegem da degradação, recombinação e fusões robertsonianas, estabilizando-os.

3. Estrutura Telomérica

4. Estrutura Telomérica • Modelo proposto para a extremidade telomérica de um cromossomo.

5. Replicação • Região sem primer no filamento lagging • Impossível substituição por DNA • Telômeros mais curtos a cada ciclo.

6. Telomerase

7. Ação da Telomerase

8. 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.

9. 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

10. Por que leveduras? • 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

11. 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

12. 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

13. Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae • CARACTERÍSTICAS GERAIS: • Repetições; Variável [ TG1-3 ou TG2-3(TG)1-6]; • Natureza repetitiva (manutenção) • Degeneração

14. TGGGTGGG TGGTGTG

15. CICLO 1 5´ 3´ TG ACACACCCACACAC TGTGTGTGGGTGTGTG CICLO 2 TGTGTGTGGGTGTGTG ACACACCCACACAC ACACACCCACACAC TGTGTGTGGGTGTGTG ACACACCCACACAC

16. Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae • FUNCIONALIDADE: • Genes envolvidos (fig3) • In vivo: Proteínas adicionais (Est1, Est3, Cdc13) • Cdc13 • Ten1 DNApol α • Stn1

17. EST2 ACACACCCACACAC TLC1 ACACACCCACACAC

18. Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae • FUNCIONALIDADE: • Genes envolvidos (fig) • In vivo: Proteínas adicionais (Est1, Est3, Cdc13) • Cdc13 • Ten1 DNApol α • Stn1

19. Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae • FUNCIONALIDADE: • Fatores: Ku, Mre11/Xrs2/Rad50, Rad27, DNA2 (revisão) • Ciclo celular (cascata protéica)

20. Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae • ESTRUTURA /REGULAÇÃO: • Telossomo • 32 telômeros (4-6 estruturas) • TPE: Sir interação com histonas

21. telômero telômero o gene ADE2 na posição correta no cromossomo Gene ADE2 sendo expresso Gene ADE2 sendo expresso (branco) Gene ADE2 não-expresso (vermelho) gene ADE2 localizado perto do telômero Gene branco + na posição correta heterocromatina Olho normal (gene branco + expresso) Inversão rara no cromossomo Gene branco + perto da heterocromatina Olho com coloração variada (gene branco+ expresso em setores vermelhos, não- expresso em setores brancos)

22. Biologia dos telômeros de Saccharomyces cerevisiae • Rap1: • Transcrição (sítios não teloméricos) • Fusão • Comprimento (Rif1 e Rif2) • TPE: Sir

23. Evolução do DNA telomérico

24. Unidade de repetição telomérica em eucariotos.

25. Unidade de repetição telomérica em ascomicetos

26. 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

27. 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

28. Evolução do DNA telomérico • Particularidades para evolução • Preservação de um “capeamento” eficiente • Quartetos G (G4): característica conservada do DNA telomérico

30. Evolução de proteínas teloméricas de ligação ao DNA

31. Domínios Rap1 conservados em Ascomicetos.

32. Modelo para a evolução dos telômeros em Ascomicetos.

33. Tabela 1. Conservação de proteínas teloméricas em Ascomicetos.

34. 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

35. Modelo para a evolução dos telômeros em Ascomicetos.

36. Tabela 1. Conservação de proteínas teloméricas em Ascomicetos.

37. Modelo para a evolução dos telômeros em Ascomicetos.

38. 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

39. Evolução do DNA telomérico • Evolução dos telômeros e suas proteínas • Adaptação • Genes subteloméricos

40. Obrigado!