Definizione di telomero

I telomeri sono stati definiti come regioni del DNA all'estremità molecolare di un cromosoma lineare necessaria per la corretta replicazione e per la stabilità del cromosoma stesso. In tutti gli organismi studiati fino ad oggi, si è visto che i telomeri sono strutture complesse presenti su tutte le estremità dei cromosomi lineari eucariotici. Queste sequenze hanno tre funzioni essenziali:
proteggono le estremità cromosomiche dalla degradazione e da eventi di fusione;
permettono la replicazione completa dei cromosomi, compreso il ripristino di ripetizioni terminali semplici di caratteristica lunghezza;
posizionano i cromosomi all'interno del nucleo e, inoltre, in alcune specie promuovono la formazione di domini di cromatina che sono trascrizionalmente repressi.
Queste tre funzioni sono almeno parzialmente interdipendenti e in alcuni casi sono svolte dalle stesse proteine. Esiste però un problema che riguarda la replicazione del DNA all'estremità di un cromosoma lineare; infatti, la  DNA polimerasi richiede un primer e va sempre in direzione 5'→3', quindi ad ogni ciclo di replicazione di un cromosoma lineare ci potrebbe essere la perdita di una sequenza di DNA ad ogni estremità lineare.
Infatti, durante la replicazione, rimane il filamento al 3' vuoto, senza stampo, quindi soggetto a degradazione. In lavori successivi è stato visto che se non esistono meccanismi di riparazione, effettivamente avviene la degradazione e le estremità rimangono libere. Vari metodi molecolari hanno permesso di vedere che se non ci sono queste estremità ad ogni divisione della cellula, le sequenze telomeriche ad entrambi le estremità si perdono e quindi vengono persi dei geni cellulari e la cellula va in apoptosi. Per tale scopo, deve esistere un enzima in grado di riempire il filamento che rimane vuoto dal primer. Questo è la telomerasi che ha un ruolo di retrotrascrittasi inversa, ossia un enzima che sintetizza DNA usando uno stampo di RNA complementare. Quindi lo stampo di RNA si associa e comincia a inserire i nucleotidi fin quando l'allungamento non risulta sufficiente e la telomerasi si stacca.
Nella maggior parte degli eucarioti, si è visto, che il DNA telomerico è composto da ripetizioni in tendem di brevi sequenze (5-26 bp), ricche in G sul filamento orientato 5'→3' verso l'estremità cromosomica. Inoltre la maggior parte del DNA telomerico è duplex, ma la parte terminale è una protrusione 3' a singolo filamento dell'elica ricca in G. Inoltre, le ripetizioni telomeriche di molte specie sono simili tra di loro. Diversi gruppi hanno la stessa unità ripetuta dei vertebrati, mammiferi compresi, ossia TTAGGG. Una possibile spiegazione sta nel fatto che queste sequenze telomeriche devono funzionare come siti di legame per proteine che proteggano, a loro volta, questa sequenza e permettano a quest'ultima di formare delle interazioni tra le basi che non sono di tipo canonico, cioè dei legami che permettano alle G di formare dei ripiegamenti (“G quartet”). Le sequenze ripetute, quindi, possono ripiegarsi, formare dei legami poco stabili, e dare origine a diversi ripiegamenti per formare una struttura più stabile, grazie alla presenza delle proteine telomeriche, affinché si formi una sorta di cappuccio alle estremità de cromosoma. (pallini neri G, pallini bianchi T = ripetizioni). Comunque, alla fine del cromosoma, il telomero si ripiega su se stesso a formare un ansa a doppio filamento che definiamo t- loop (telomere loop). L’estremità 3’ a singolo filamento, ricca in G invade il telomero a doppio filamento e produce un ansa di spiazzamento o d- loop. Sequestrare il DNA a singolo filamento preverrebbe la risposta scorretta dei controlli di checkpoint mitotico.