¿Cómo evitan los plásmidos lineales el límite de Hayflick?

Se observan dos tipos generales de cromosomas lineales en la fisiología procariota, el primero del tipo de proteína terminal y el segundo que presenta un asa de horquilla terminal, unida covalentemente. Ambos emplean telómeros con repeticiones palindrómicas. A diferencia de la mayoría de los eucariotas, ninguno emplea telomerasas.

Tenga en cuenta que realmente no voy a hacer una distinción aquí entre cromosomas bacterianos y plásmidos, porque los mecanismos de replicación son básicamente los mismos en todos los casos.

Los plásmidos lineales bacterianos terminados en proteínas de tipo Streptomyces probablemente se replican a través de un mecanismo de replicación de ADN cebado con proteínas que evita “mellar” los telómeros. El telómero es el origen de la replicación a través de la proteína 5′-terminal, que sirve como cebador para un tipo específico de ADN polimerasa. La reacción de cebado ocurre cuando una proteína 5′-terminal se compleja con la ADN polimerasa, que luego forma un enlace covalente entre esa y una proteína terminal de nucleótido hija que es el nucleótido 5′-terminal de la nueva cadena. El uso de proteínas terminales como cebadores evita la degradación de los telómeros porque no hay necesidad de comenzar la replicación de unos pocos pares de bases en la cadena después del cebado.

El plásmido lineal tipo Borrelia es más exótico, y en realidad se encuentra más comúnmente en virus y ciertos eucariotas primitivos que en bacterias. Esta área es un desastre, con tres modelos principales que compiten por explicar el fenómeno y no hay una respuesta definitiva sobre uno que se utiliza en todos los casos. He pegado un útil diagrama de uno de los documentos que leí para obtener esta respuesta escrita, con la esperanza de que resulte esclarecedor. Tenga en cuenta que estos mecanismos implican que en el caso 1 y 2 la estructura de los telómeros en horquilla no es necesariamente el cebador, y en la literatura hay al menos una instancia del caso 1 donde el cebador no es el telómero.
Esencialmente, los telómeros en este caso sirven como un mecanismo para resolver los plásmidos lineales individuales de la macromolécula replicada. Ya sea:

  1. Se utiliza para escindir un dímero cabeza a cabeza que contiene dos plásmidos bacterianos completamente separados con el telómero izquierdo de uno conectado al telómero derecho del otro y viceversa, dando como resultado dos plásmidos lineales,
  2. Se utiliza para escindir un plásmido circularizado y su duplicado en la forma lineal, o
  3. Se usa tanto como cebador como luego para resolver plásmidos individuales a partir de un gran polímero macromolecular formado por múltiples rondas de replicación lineal.

En cada caso, una enzima protelomerasa resuelve los telómeros, corta y reforma los extremos terminales unidos covalentemente. Estos mecanismos evitan la degradación de los telómeros de dos maneras diferentes. Para (1) y (2), una replicación bidireccional o una replicación unidireccional de un plásmido circular evita el problema de la degradación de los telómeros por completo, y para (3) hay un reordenamiento final que resulta en una renovación telomérica.

De estos, mi escaneo superficial de la literatura sugiere que el primer mecanismo, con replicación bidireccional y un dímero concatenado del plásmido, es el que se cree que se usa en Borrelia y en el plásmido lineal profágico del colífago N15.

Referencias
Hinnebusch, K. y Tilly, K. “Plásmidos lineales y cromosomas en bacterias”. Mol Microbiol (1993) 10 (5), 917-922
Plásmidos lineales y cromosomas en bacterias.

Casjens, S. “Evolución de los replicones lineales de ADN de las espiroquetas de Borrelia”. Curr. Op. Microbiol (1999) 2 (5), 529-534
Web of Science [v.5.16.1]

Ravin, NV “Mecanismos de replicación y resolución de telómeros del plásmido lineal profágico N15”. FEMS Microbiology Letters. (2003) 221 (1), 1-6
Mecanismos de replicación y resolución de telómeros del plásmido lineal prophage N15

Según Wikipedia, los plásmidos lineales requieren mecanismos especiales para replicar sus extremos, lo que sugiere que no todas las bacterias pueden hacerlo.

Nota al margen: el límite de Hayflick no está relacionado con los plásmidos bacterianos. Describe el número de divisiones que pueden sufrir las células eucariotas antes de volverse senescentes (un mecanismo para evitar el cáncer).