This story was originally published in English on April 18th, 2022.
Los centrómeros son unas estructuras curiosas. Estas regiones cromosómicas especialmente organizadas son más conocidas por su papel único y crítico en la división celular, en la que se sabe que sirven como el sitio donde los cinetocoros ensamblan y unen cromosomas a los microtúbulos del huso. Como estructuras del ADN, ahora también se sabe que los centrómeros participan en la más central de las funciones genómicas: la expresión génica a través de la síntesis de transcritos de ARN. Pero la forma en que el centrómero equilibra estas dos tareas sigue siendo un misterio. En un nuevo artículo publicado en Nucleic Acids Research, la Dra. Sue Biggins, Profesora y Directora de la División de Ciencias Básicas de Fred Hutch (Fred Hutch’s Basic Sciences Division), y la Dra. Sabrine Hedouin, becaria postdoctoral, buscaron comprender cómo influye la transcripción en la función del centrómero en la división celular.
Hasta ahora, la historia de la transcripción centromérica ha sido enigmática. Forzar la transcripción de los ARN centroméricos (ARNcen) altera la función del centrómero. Pero bloquear su transcripción también altera la función del centrómero. Es una aparente situación del tipo "mal si lo haces, mal si no lo haces" – y como estrategia evolutiva no es exactamente favorable. La verdad del asunto, según las autoras, es más probablemente una estrategia del tipo "Ricitos de oro y los tres osos": la célula controla minuciosamente cuándo y cómo se transcriben estos ARN para asegurarse de que no se produzca ni tanto ni tan poco ARN que altere la función del centrómero. Por desgracia, señalan, "se sabe muy poco sobre la naturaleza exacta de estos ARN y los factores que regulan la transcripción de este locus".
Comprender la función de los ARNcen "ha sido todo un reto, ya que el origen de la transcripción del centrómero seguía siendo desconocido debido a su escasez", explicó la Dra. Hedouin. Así pues, para comprender mejor estos ARN, el equipo empleó primero una nueva estrategia, denominada Iso-Seq (secuenciación de isoformas de ARN de lectura larga), para caracterizar el perfil transcripcional del centrómero. Una característica notable de los ARNcen que revelaron estos datos fue que la transcripción no se inicia dentro del centrómero. Más bien, se inicia en el ADN cercano, en la denominada región pericentromérica y se extiende hasta el propio centrómero. Las autoras también descubrieron que la expresión de ARNcen varía a lo largo del ciclo celular. Mientras que los ARNcen se expresan durante la fase S, cuando el ADN se está replicando, no se expresan durante otras fases, como G1. Curiosamente, la transcripción seguía iniciándose en las regiones pericentroméricas durante estas otras fases, pero se interrumpía sistemáticamente antes de alcanzar el centrómero. Este patrón, explican, sugería la existencia de un mecanismo que bloquea la transcripción centromérica en momentos en los que el cinetocoro está ensamblado y funcionando.
El siguiente objetivo del equipo fue identificar el mecanismo que regula el acceso de la transcripción a los centrómeros a lo largo del ciclo celular. Centraron su atención en Cbf1, una proteína conocida por unirse al centrómero y reprimir la producción de ARNcen. El perfil Iso-seq de las células con Cbf1 mutante mostró un gran aumento de los niveles de ARNcen durante G1, lo que dio lugar a perfiles transcripcionales más parecidos a los de las células en fase S. Para comprobar de manera más directa si Cbf1 funciona como una "barrera" de la transcripción centromérica, las autoras reconstituyeron la transcripción centromérica in vitro y descubrieron que la unión directa de Cbf1, o del factor de bloqueo Reb1, a una región específica del centrómero era suficiente para inducir la terminación de la transcripción en ese lugar.
Por último, el equipo se preguntó qué papel desempeña la actividad bloqueadora de Cbf1 en la promoción de la función adecuada del centrómero. Dado que la Cbf1 mutante podría desempeñar múltiples funciones en la división celular, no sería suficiente evaluar específicamente la función de bloqueo. Sin embargo, las autoras consideran que el papel del bloqueo podría comprobarse directamente al sustituir el sitio de unión de Cbf1 en un cromosoma por un sitio de unión para Reb1, el cual normalmente no está vinculado con el centrómero. Descubrieron que Reb1 fue parcialmente suficiente para bloquear la producción de ARNcen durante la fase G1, así como para prevenir los defectos de segregación cromosómica normalmente relacionados con la pérdida de unión de Cbf1, lo que confirma que la actividad bloqueadora de Cbf1 desempeña un papel importante en la función del centrómero.
Este trabajo reveló nuevos detalles importantes sobre cómo se regula localmente la transcripción para promover la función de los centrómeros. "Descubrimos un mecanismo con el que las células protegen a sus centrómeros de la transcripción a destiempo y perjudicial, la cual podría conservarse en otras especies", resumió la Dra. Hedouin. Sin embargo, pese a que estos hallazgos resuelven en parte la naturaleza paradójica del ARNcen, "aún no está claro cómo la transcripción del centrómero o el ARN no codificante centromérico participan directamente en la función correcta del centrómero en la levadura". Para trabajos futuros, reflexiona, "nuestra caracterización del panorama transcripcional del centrómero aporta una guía valiosa para el diseño de estrategias dirigidas a modular de forma única la transcripción del centrómero o los niveles de ARN centromérico y evaluar sus funciones". Por último, dijo la Dra. Hedouin: "También me gustaría dar las gracias a quienes colaboraron con nosotras, Glennis Logsdon (del laboratorio de Evan Eichler) y Jason Underwood, cuyo trabajo y experiencia han sido fundamentales en este proyecto".
Este trabajo contó con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson y el Howard Hughes Medical Institute.
Sue Biggins, investigadora del Consorcio del Cancer de Fred Hutch y la Universidad de Washington, contribuyó en este trabajo.
Hedouin S, Logsdon GA, Underwood JG, Biggins S. A transcriptional roadblock protects yeast centromeres. Nucleic Acids Res. 2022 Aug 12;50(14):7801-7815.
Este artículo fue traducido de la versión original en inglés al español por Ángela María Carvajal con la revisión de Adriana Nodal-Tarafa en coordinación con las escritoras actuales Joselyn Landazuri y Annabel Olson.