Publication: Las interacciones entre replicación, segregación y diferenciación celular en modelos eucariotas
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2013-09-19
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
En las células eucariotas los procesos de replicación, segregación y diferenciación celular se encuentran íntimamente coordinados. La replicación de los genomas eucariotas ocurre a partir de numerosos orígenes distribuidos a lo largo de los cromosomas. Finalmente, las dos cromátidas hermanas resultantes deben separarse y dirigirse hacia los polos opuestos de la célula una vez que la replicación haya finalizado. La replicación y la segregación de las cromátidas hermanas están temporalmente separadas. En la presente tesis hemos comprobado que es esencial mantenerlas juntas después de su replicación y condensadas durante su segregación. La formación del huso mitótico y la unión de la condensina Smc2 inducen el superenrollamiento positivo de los encadenados de ADN al término de la replicación, lo que permite a la Top2 ser notablemente eficiente su desencadenamiento, favoreciendo así la correcta segregación de las cromátidas hermanas. La topología del ADN durante la replicación controla la activación y el avance de las horquillas. En dominios topológicamente cerrados es posible observar una ralentización e incluso un bloqueo de las horquillas de replicación, así como una acumulación de encadenados en ausencia de Top2. Por el contrario, en dominios topológicamente abiertos, como son los minicromosomas lineales, la iniciación de la replicación puede ocurrir además en las secuencias telómericas. En estos minicromosomas lineales, la tensión helicoidal causada por la replicación y la transcripción se disipa por los extremos libres de los telómeros y por ello tanto la replicación como la segregación de las cromátidas hermanas ocurren normalmente en ausencia de Top2. El cese de la replicación del ADN a medida que las células se diferencian ha recibido hasta ahora escasa atención. La diferenciación terminal de las células eritroleucémicas (MEL), un modelo utilizado en el estudio de la reprogramación de células tumorales hacia la diferenciación terminal, se caracteriza por la activación de nuevos orígenes de replicación asociada a una disminución de la velocidad de avance de las horquillas. Este cese gradual de la replicación está relacionado además con una mayor heterocromatinización de los cromosomas. Tanto la replicación y la segregación del ADN asi como la diferenciación celular terminal siguen un complejo programa espacio-temporal que se desarrolla bajo el control de mecanismos epigenéticos íntimamente asociados a la organización funcional del núcleo y a la estructura de la cromatina.
In eukaryotic cells DNA replication, segregation and cell differentiation are closely coordinated. Replication begins at numerous replication origins distributed along the chromosomes. Finally, once replication is over, the newly replicated sister chromatids must segregate and travel to the opposite poles of the dividing cell. Replication and segregation of sister chromatids occur at different times. In the current doctoral thesis we confirmed that sister chromatids must remain close to each other during and immediately after replication and they must condense for segregation. Their association with the mitotic spindle and the Smc2 condensin force catenated molecules to become positively supercoiled. This positive supercoiling favours decatenation by Top2, which in turns facilitate the sister chromatids appropriate segregation. DNA topology controls the activation of replication origins as well as the progression of replication forks. In topological closed domains, replication forks slow down and may eventually stall. On the contrary, in topological open domains, as is the case for linear minichromosomes, initiation of DNA replication can also occur at the telomeric sequences on chromosome ends. In these linear minichromosomes the torsional tension caused by the progression of replication and transcription machineries dissipates thru chromosome ends. This explains why in these linear minichromosomes replication and segregation of sister chromatids can occur in the absence of Top2. DNA replication fading as cells approach terminal differentiation received poor attention up to now. Here we investigated HMBA-induced terminal differentiation in murine erythroleukemia (MEL) cell lines, which is considered a model system to study reprogramming of tumor cells towards terminal differentiation. We found this process is characterized by the activation of dormant replication origins associated to the slow down of replication forks progression. This gradual fading of DNA replication could be due to a progressive chromatin heterochromatinization. Replication and segregation of DNA as well as cell differentiation follows a complex space-temporal program that is functionally linked to epigenetic mechanisms that regulate and transform chromatin organization
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Biológicas, leída el 10-06-2013