Regolazione positiva-negativa della lunghezza dei telomeri da parte delle proteine telomeriche

La struttura del telomero ricorda quella di un complesso di eterocromatina formato da DNA e proteine. Nelle cellule in cui è stata vista una telomerasi attiva, la lunghezza del tratto di ripetizioni è regolata tra un minimo e un massimo, cioè c'è un minimo dopo di che la telomerasi si attiva e inizia ad aggiungere sequenze telomeriche. La telomerasi a causa di un accorciamento telomerico si può attivare ma ad un certo punto deve smettere, quindi essere regolata positivamente, e questo avviene in condizioni normali. In condizioni patologiche, invece può essere regolata negativamente. Ad esempio nel caso dell'inibizione del legame al telomero alle proteine che legano il DNA telomerico (TFR1 e TFR2), questo si traduce in dei telomeri che sono tra di loro eterogenei e allungati in modo anomalo. Si è visto, infatti, che nelle linee cellulari umane la sovra-espressione di forme dominanti negative TRF1 eTRF2, che possono dimerizzare ma non legare il DNA telomerico, risulta nell'allungamento dei telomeri; la sovra-espressione, invece, di TRF1 e TRF2 wild-type risulta nel graduale accorciamento dei telomeri, in quanto il DNA telomerico risulta inaccessibile alla telomerasi. Nei casi, invece, non patologici la telomerasi aggiunge nuovi repeats telomerici alle estremità cromosomiche. Le cellule in divisione contenenti telomerasi evitano così la perdita replicativa di DNA e possono mantenere i telomeri indefinitamente. Le cellule umane e di lievito mancanti di telomerasi possono crescere normalmente per un breve periodo; tuttavia, all’accorciarsi dei telomeri, sempre più cellule nella popolazione cessano di dividersi. In generale, comunque, l’allungamento del DNA telomerico da parte della telomerasi è associato alla replicazione del DNA e anche all'integrità del DNA stesso e quindi della cellula. Tutto questo perché i telomeri passano da una stato chiuso, quando la cellula non si replica, ad uno aperto, quando deve invece replicarsi e/o è necessario l'allungamento del telomero. Poiché i telomeri non sono necessariamente allungati a ogni ciclo cellulare, il passaggio da uno stato all’altro potrebbe essere casuale oppure influenzato da segnali come chinasi attivate da sistemi di checkpoint sparsi nelle varie fasi del ciclo cellulari o eventi di differenziamento cellulare (se una cellula staminale deve differenziarsi all'inizio avrà bisogno di dividersi molto di più, diversa programmazione dell'attività della telomerasi). Naturalmente,  lo stato aperto è accessibile per la telomerasi e per tutto il macchinario della ricombinazione. Se questa concomitanza tra stato cellulare e attività o meno della telomerasi e quindi apertura o meno delle estremità del cromosoma non avviene, si avrà apoptosi mediata da p53. Questo modello, derivato dai dati sperimentali ottenuti, suggerisce che le proteine che legano il DNA telomerico a doppio filamento rendano “visibile” un complesso di ordine superiore tramite il riconoscimento sequenza specifico del telomero e formando il complesso proteico per mezzo di interazioni tra altri loro domini proteici. Quindi, quando il telomero si allunga, blocca la telomerasi e perciò, quando la cellula si divide, con i successivi cicli di replicazione, il telomero si accorcia. L’accorciamento aumenta la possibilità di passare a uno stato accessibile alla telomerasi, che riallunga il telomero. Le proteine telomeriche possono esercitare il loro effetto negativo sulla lunghezza dei telomeri limitando direttamente l’accesso della telomerasi o agendo attraverso mediatori. Dagli studi che sono stati fatti, sembra che ci sia un sistema sensibile di proteine che si legano al DNA che conti il numero di ripetizioni e quindi trasmette queste informazioni, attraverso segnali biochimici, alla telomerasi che aggiunge o rimuove le ripetizioni. Nel lievito, si è visto che una inibizione sullo stesso filamento della telomerasi provoca un'alterazione della lunghezza di equilibrio, cioè la cellula non è più in grado di leggere qual'è il numero minimo e il numero massimo di ripetizioni normali per la cellula stessa. In questo caso le ripetizioni telomeriche a doppio filamento vengono contate da un meccanismo sensibile alla lunghezza basato sul legame di 1 proteina Rap1p ogni circa 15-18 bp di ripetizioni TG. Il dominio C-terminali di Rap1, per funzionare in modo corretto può essere a sua volta legato da due diversi eterodimeri che competono tra loro: Rif1-Rif2 oppure Sir3-Sir4 (complesso di silenziamento della cromatina). Quindi, non è Rap1p a essere contata, ma il numero di proteine Rif legate a Rap1, che possono reprimere la telomerasi reprimendo la chinasi Tel1p, un regolatore positivo dell’attività telomerasica. Tutto questo serve a raffinare la replicazione.