Resumen de The Folding Complexity of Terra G-Quadruplex unveiled at the single-molecule level
Los telómeros son estructuras nucleoproteicas que se encuentran en los extremos de los cromosomas lineales para protegerlos frente a la degradación. Dentro del genoma humano, se les considera los poseedores de la mayor cantidad de secuencias nucleicas propensas a formar estructuras tipo G-quadruplex, debido a sus extremos 3’ de cadena sencilla ricos en guaninas (Gs).
Las estructuras tipo G-quadruplex se forman por el apareamiento, mediante enlaces tipo Hoogsteen, de cuatro hebras de ADN o ARN con una alta concentración de Gs. Concretamente, surgen del apilamiento de dos o más tétradas de Gs estabilizadas mediante cationes monovalentes, típicamente sodio o potasio. La demostración de su existencia in vivo en los telómeros sugiere que dichas estructuras no canónicas podrían desempeñar una función protectora en los mismos y que, por consiguiente, estarían involucradas en la estabilidad cromosómica.
Recientemente, se ha demostrado que los telómeros pueden ser transcritos, desde las regiones subteloméricas hacia los extremos de los cromosomas, en moléculas TERRA (del inglés, TElomeric Repeat-containing RNA). Al igual que sus equivalentes en ADN, estos tránscritos no codificantes podrían plegarse formando tándems de G-quadruplexes y desempeñar funciones relevantes a nivel celular, tales como la regulación de la longitud de los telómeros, la inhibición de la actividad enzimática de la telomerasa, la formación de la heterocromatina telomérica y/o la protección de los telómeros.
En esta tesis se ha investigado la estabilidad mecano-química de moléculas TERRA mediante las técnicas de microscopía de fuerzas atómicas (AFM; del inglés, Atomic Force Microscopy) ―en modo imagen― y pinzas ópticas (OT; del inglés, Optical Tweezers) ―como técnica de espectroscopía de fuerzas a nivel de molécula individual―.
Mediante AFM, se ha logrado, por primera vez, la visualización directa de moléculas largas de TERRA en aire. Para ello, se ha desarrollado un protocolo bioquímico, riguroso y eficaz, que permite la comparación in situ de estructuras de ácidos nucleicos tipo cuádruplex y dúplex por medio de este tipo de microscopía. Además, a través de las imágenes obtenidas, se ha conseguido dilucidar la configuración adoptada por dichas moléculas sobre una superficie, lo cual ha resultado consistente con lo observado previamente para G-quadruplexes de DNA.
Mediante el uso de pinzas ópticas, se ha estudiado su dinámica de plegamiento, revelándose una inesperada complejidad estructural inherente a las especies de ARN. Concretamente, se han analizado moléculas de ARN que contienen entre cinco y siete repeticiones de la secuencia telomérica GGGUUA; es decir, secuencias que sólo pueden dar lugar a un único G-quadruplex. De acuerdo a los resultados obtenidos, el plegamiento de las moléculas TERRA en forma de G-quadruplexes se encuentra limitado por la capacidad inherente al ARN de auto-plegarse sobre sí mismo de manera aleatoria, formando así estructuras más favorables a nivel entrópico. Este bloqueo estocástico confiere a estas moléculas un patrón de plegamiento bimodal, el cual no ocurre en sus análogos en ADN.
El bloqueo estocástico que sufren los G-quadruplexes de TERRA debido a la condensación del ARN puede ser relevante tanto para el entendimiento de sus posibles funciones reguladoras dentro de la célula, como para el diseño de fármacos con unión selectiva a dichas estructuras cuaternarias para el tratamiento de diversas enfermedades, incluyéndose entre ellas el cáncer.
