Tcf15 protege la biogénesis de ribosomas y la estabilidad del genoma en células madre embrionarias
Beijing, China, Asia.- Las células madre embrionarias (ESC, por sus siglas en inglés) poseen la capacidad de autorrenovación y diferenciación multilinaje, además de una elevada estabilidad genómica. Mantener una biogénesis de ribosomas de alto nivel es esencial para que las ESC conserven su identidad; este proceso se inicia con la transcripción de los genes de ARN ribosómico (ARNr) mediada por la ARN polimerasa I.
En las ESC, los loci de ADN ribosómico (ADNr) presentan un estado de cromatina hiperactivo —caracterizado por una baja metilación del ADN y niveles reducidos de modificaciones represivas de histonas, como la H3K27me3— para garantizar una transcripción eficiente del ARNr y la biogénesis de ribosomas. Sin embargo, aún no se comprende del todo cómo las ESC establecen y mantienen este estado de cromatina nucleolar hiperactiva para preservar su identidad de célula madre.
En un estudio publicado en *PLOS Biology*, investigadores del Instituto de Zoología de Kunming de la Academia China de Ciencias (CAS) y del Instituto de Materia Médica de Shanghái (también de la CAS) revelaron que el factor de transcripción Tcf15 mantiene un estado de cromatina nucleolar abierta para proteger la biogénesis de ribosomas y la estabilidad del genoma en ESC de ratón.
Los investigadores descubrieron que Tcf15 —identificado mediante un cribado CRISPR/Cas9 como regulador de la estabilidad genómica— se localiza en el nucléolo y se une específicamente a las regiones codificantes 18S y 28S de los genes de ARNr. Mediante la combinación de marcado de proximidad TurboID y espectrometría de masas, identificaron dos proteínas clave con las que interactúa: Tet2 y Rbbp5. La co-inmunoprecipitación confirmó que Tcf15 se une a cada una de ellas de forma independiente. La reducción de los niveles de Tcf15 disminuyó significativamente la unión de ambos factores a las regiones de ADNr.
Asimismo, los investigadores demostraron que Tcf15 mantiene la apertura de la cromatina del ADNr a través de dos vías paralelas. El eje Tcf15-Rbbp5 promueve la deposición de H3K4me3 para contrarrestar la modificación H3K27me3 mediada por PRC2, mientras que el eje Tcf15-Tet2 mantiene la hipometilación del ADNr. Tras la depleción de Tcf15, los niveles de H3K27me3 y de metilación del ADN en las regiones de ADNr aumentan significativamente, mientras que los niveles de H3K4me3 disminuyen.
Estas dos vías no son funcionalmente redundantes. El eje Tcf15-Rbbp5 regula directamente la transcripción del ARNr y la biogénesis de ribosomas. La reducción de los niveles de Tcf15 o Rbbp5 disminuye en aproximadamente un 50 % los niveles de ARNr precursor 47S y de ARNr maduro, provocando una reducción significativa de las subunidades ribosómicas y de los polisomas. Por el contrario, el eje Tcf15-Tet2 no muestra efectos aparentes sobre la transcripción del ARNr, lo que sugiere su posible participación en funciones nucleolares no canónicas.
Análisis adicionales demostraron que la alteración de la biogénesis de ribosomas mediada por el eje Tcf15-Rbbp5, si bien no afecta a la tasa de formación de cuerpos embrioides, reduce los niveles de traducción de genes de pluripotencia (Pou5f1, Klf4) y disminuye el tamaño de dichos cuerpos. La reducción de Tcf15 desencadena una grave inestabilidad genómica, evidenciada por la acumulación del marcador de daño en el ADN gammaH2AX, un aumento de las roturas de doble cadena, una mayor presencia de micronúcleos y tasas más elevadas de aneuploidía.
Los análisis integrados de RNA-seq y Ribo-seq revelaron que la depleción de Tcf15 no altera sustancialmente el perfil global de transcripción génica ni provoca una disminución en la síntesis de proteínas; sin embargo, reduce la eficiencia de traducción de 819 genes implicados en rutas de procesamiento de ARN (splicing), replicación del ADN y reparación del ADN. Esto afecta a la recuperación de las horquillas de replicación del ADN, a la señalización del estrés de replicación y a la transducción de señales de daño por rotura de doble cadena. La reducción de Rbbp5 reproduce el fenotipo de daño en el ADN, confirmando así el papel central del eje Tcf15-Rbbp5 en el mantenimiento de la estabilidad genómica.
Este estudio establece la primera vía molecular completa que vincula el estado de la cromatina nucleolar con la biogénesis de ribosomas, el control traduccional selectivo y la estabilidad genómica. Asimismo, revela un nuevo mecanismo mediante el cual las células madre embrionarias (ESC) mantienen el estado de cromatina abierta del ADNr y profundiza en la comprensión de por qué estas células conservan una reserva elevada de ribosomas.
