Estudio del Complejo Shelterina: fundamentos estructurales e interacciones

Abstract

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. Fecha de Lectura: 10-04-2025Esta Tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 10-10-2026Los telómeros son estructuras nucleoproteicas complejas que han evolucionado en las células eucariotas para proteger y garantizar la integridad del genoma. En vertebrados, el ADN telomérico está compuesto por repeticiones de la secuencia TTAGGG, con un extremo terminal de ADN monocatenario rico en guanina (3’). La linealidad de los cromosomas y la presencia de este extremo de ADN monocatenario 3’ conllevan dos desafíos para la célula. En primer lugar, la maquinaria de replicación canónica no puede replicar completamente los extremos de los cromosomas, lo que lleva a un acortamiento de los telómeros en cada ciclo celular. Lejos de ser un problema, este fenómeno funciona como un reloj biológico de envejecimiento, lo que lleva a las células a la senescencia para evitar la acumulación de mutaciones que podrían poner en peligro la función celular. Sin embargo, en células con alta tasa de proliferación, como las células embrionarias y las células madre, se activa una enzima llamada telomerasa, con actividad transcriptasa inversa, que alarga los telómeros y, por tanto, previene la pérdida de información genética. En segundo lugar, las células están equipadas con una maquinaria de reparación de ADN para detectar y reparar rápidamente cualquier potencial daño en el genoma. De modo que el extremo de los telómeros podría confundirse con rupturas en el ADN, activando las vías ATM y ATR y conduciendo a la pérdida de la homeostasis telomérica, fusiones de telómeros y consiguiente muerte celular. Los defectos en la protección y el mantenimiento de los telómeros pueden dar lugar a patologías graves, conocidas colectivamente como telomeropatías. Además, la activación descontrolada de la telomerasa puede llevar a una proliferación celular excesiva, lo que podría desencadenar en cáncer. Para prevenir la erosión de la información genética y garantizar la protección de los extremos cromosómicos, las células de los mamíferos dependen del complejo shelterina, un conjunto de seis proteínas específicas de los telómeros: TRF1, TRF2, RAP1, TIN2, TPP1 y POT1, que ayudan a mantener la homeostasis telomérica. En esta tesis, adoptamos un enfoque multidisciplinario, utilizando crio -E M y técnicas bioquímicas, biofísicas y computacionales para estudiar la organización del complejo shelterina que protege los extremos cromosómicos y asegura su correcta replicación. Después de extensos esfuerzos de optimización para generar todos los componentes de este complejo, logramos aislar las proteínas individuales de shelterin y ensamblarlas en complejos. Estos reactivos fueron utilizados como herramientas para extraer la mayor cantidad de información posible. A pesar de la dificultad en la obtención de estructuras con resolución atómica, probablemente debido a la flexibilidad intrínseca de estas proteínas y sus complejos, empleamos otras técnicas altamente informativas para complejos dinámicos, como HDX -M S. Además, hemos incorporado herramientas de IA en nuestra investigación, enfocándonos en identificar nuevas proteínas de unión y en el diseño de novo de ligandos específicos. En particular, aplicamos un enfoque de proteómica insilico para identificar nuevos interactores de TRF1 que nos han permitido descubrir nuevas características estructurales de esta proteína. Además, hemos diseñado de novo inhibidores de TRF1 con potencial aplicación terapéutica. Estos hallazgos no solo mejoran nuestra comprensión de la dinámica estructural y funcional del complejo shelterina, sino que también abren nuevas vías para intervenciones terapéuticas, con aplicaciones en la lucha contra enfermedades relacionadas con los telómeros y el cáncerThe research described in this Doctoral Thesis has been funded by projects BFU2017-87316-P, PID2020-120258GB-I00 and C NS2023-143762 (Agencia Estatal de Investigación ), as well as by a Predoctoral Contract from the Plan for the Training of Research Personnel (FPI) associated with project BFU2017-87316-P ( Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades ). The stay at Leiden University (Netherlands) was funded by the FPI plan and the stay at the University of Dundee (United Kingdom) with the EMBO Scientific Exchange Grant (10872)