Caracterização molecular da atividade de interação da proteína RPA-1 com os telômeros de Leishmania spp.

Abstract

Entre as espécies do gênero Leishmania estão os protozoários que causam leishmaniose, uma doença tropical negligenciada endêmica em muitos países, incluindo o Brasil. Métodos de controle e tratamento ainda são ineficientes e a resistência a drogas é um desafio. Por isso, pesquisas para entender melhor a biologia molecular desses parasitos são encorajadas. Uma possível estratégia para isso, é o estudo dos telômeros, estrutura fundamental para a homeostase do genoma. Os telômeros são estruturalmente diferentes do resto do cromossomo, e contam com proteínas específicas que realizam sua manutenção. A Replication Protein A subunit 1 (RPA-1) é uma proteína que interage de DNA de simples fita que tem diversas funções relacionadas com o metabolismo do DNA eucarioto, incluindo os telômeros. A RPA-1 é parte de um complexo heterotrimérico conservado nos eucariotos, incluindo Leishmania spp.. Recentemente nós mostramos por modelagem molecular que a estrutura terciária da LaRPA-1 difere dos seus ortólogos em humanos e leveduras, além de mostrar interações específicas nos telômeros dos parasitos, que na ausência de homólogos canônicos para telomere-end binding protein (TEP) elegem a LaRPA-1 como um potencial candidato para essa função. Neste trabalho, avaliamos a capacidade da LaRPA-1 como uma TEP, cujo papel principal é proteger a extremidade 3' dos telômeros de ataques por exonucleases. Uma busca estrutural por proteínas que compartilham com as TEP domínios de interação proteína-DNA, mostrou que no genoma de Leishmania spp. não existem homólogos estruturais para as mesmas. Aqui mostramos por diferentes abordagens que a LaRPA-1 tem a capacidade de interagir com no mínimo uma repetição telomérica e também é capaz de proteger in vitro a simples fita telomérica rica em G (5’ TTAGGG 3’) da digestão por Exonuclease I bacteriana cuja atividade é no sentido 3’-5’. Somando esses dados, com dados anteriores que mostram que a LaRPA-1 tem preferência pela fita telomérica rica em G e o fato dela ter sido co-purificada com a atividade de telomerase sugerem fortemente que ela está diretamente relacionada com a manutenção da maquinaria telomérica, podendo inclusive ser considerada a principal ligante de simples fita telomérica rica em G (3’ G-overhang) em Leishmania spp.

Among the protozoa parasites of the Leishmania genus are the causative agents of leishmaniasis, a neglected tropical disease endemic in many countries, including Brazil. Disease control and treatment are still inefficient and parasite drug resistance is a challenge. Therefore, efforts for the establishment of intensive research to better understand the molecular biology of these parasites are encouraged. One possible strategy is to study parasite telomeres, a vital chromosome structure important to maintain genome homeostasis. Telomeres are significantly different from the rest of the chromosome and are associated with proteins involved in their maintenance. Replication Protein A subunit 1 (RPA1), a single-stranded DNA-binding protein that plays multiple roles in eukaryotic DNA metabolism, including telomeres, is part of a conserved heterotrimeric complex which is present in most eukaryotes including Leishmania spp. Recently, using molecular dynamics simulations we have shown that the tertiary structure of LaRPA-1 differs from human and yeast RPA-1 and that it also shows parasitespecific interactions with telomeric DNA. In the absence of real homologues to telomere-end binding proteins, LaRPA-1 could be considered a potential candidate. If LaRPA-1 is a telomere-end binding protein, one of its main role would be to protect the telomeric 3`-end termini from nuclease attack. A structural search for proteins that share with the TEP domains of protein-DNA interaction, showed that in the genome of Leishmania spp. there are no structural homologues for them. In this work, we show by different methods, that in vitro LaRPA-1 can bind at least one telomeric repeat and it can also protect the telomeric G-rich sequence (5’ TTAGGG 3’) from the bacterial 3’-5’Exonuclease I digestion. These data compiled to previous data showing that LaRPA-1 preferentially binds the G-rich telomeric DNA and that it co-purifies with telomerase activity strongly suggest that LaRPA-1 is directly involved with parasite telomere maintenance and, possibly, is the main G-rich single-stranded (3’ G-overhang) telomere-binding protein in Leishmania spp.