¿Cómo puede una célula dejar de usar la telomerasa?

Una célula puede evitar la necesidad de telomerasa al tener cromosomas circulares.

La razón por la cual las células eucarióticas necesitan que la telomerasa se replique indefinidamente es porque tienen cromosomas lineales.

Pero los cromosomas lineales de las células eucariotas no eran el estado ancestral. Las bacterias y las arqueas, y presumiblemente las formas de vida originales con ADN del que descienden, tienen un solo cromosoma circular. El complejo de replicación del ADN evolucionó en ambos grupos de procariotas para replicar un cromosoma circular. Funciona al unirse al ADN, y luego viajar a lo largo del ADN de alguna manera como un lector de cinta de teletipo, replicar en él va bien.

Las bacterias y arqueas no tienen, y no necesitan, telomerasa.

Los eucariotas evolucionaron a partir de una fusión entre una bacteria (que finalmente se convirtió en mitocondrias) y un arco, y se cree que el proceso de fusión de los dos genomas dio lugar a condiciones que permitieron un brote de “genes egoístas” parasitarios de la bacteria que corre rampante en el genoma del archeaon.

Los genes egoístas funcionan codificando una proteína cuya única función es cortar el gen egoísta original del genoma y luego copiarlo, generalmente varias veces, en algún otro lugar del genoma. En ese temprano brote de genes egoístas que se cortaban y copiaban por todas partes, sucedieron dos cosas. Primero, el genoma eucariota se llenó con secuencias inútiles que no codificaban, es decir, ADN “basura”, y segundo, el cromosoma circular se cortó en múltiples piezas lineales.

Pero ahora había un problema. El complejo de replicación del ADN, originalmente desarrollado para replicar cromosomas circulares, necesita una cierta longitud de ADN para unirse antes de que pueda comenzar. Cuando el complejo se acerca al final de un cromosoma lineal, se queda sin ADN para unirse, y se cae antes de que pueda replicar los últimos pares de bases.

Obviamente, si esos pares de bases faltantes en el extremo del cromosoma formaran parte de genes importantes, este sería un problema grande, posiblemente fatal, para la célula.

Afortunadamente para estos eucariotas tempranos, dado que las rupturas en el cromosoma generalmente ocurrían en regiones donde había mucha actividad genética egoísta, los extremos de los nuevos cromosomas lineales tenían topes con largos tramos de ADN no codificante, por lo que el eucarionte podía seguir siendo exitoso. .

Por supuesto, con el cromosoma acortado con cada repetición, eventualmente, si nada más sucediera, estos casquetes no codificados se perderían, y la célula comenzaría nuevamente a perder genes críticos.

Los primeros eucariotas evolucionaron una solución alternativa para este problema mediante la reutilización de uno de esos genes egoístas, que se modificó con el tiempo para agregar solo una secuencia corta específica repetidamente a los extremos de los cromosomas.

La evolución de este gen permitiría más tarde que los eucariotas controlen cuándo los linajes celulares podrían replicarse, y por cuánto tiempo, activando o desactivando este gen. Esta fue probablemente una de las adaptaciones que permitieron a los eucariontes evolucionar en criaturas multicelulares.

Ese gen profético es lo que hoy llamamos telomerasa.