Papel del inicio de replicación en la letalidad causada por la carencia de timina

Abstract

El fenómeno muerte por carencia de timina, (thymineless death,TLD) es la perdida de viabilidad que tiene lugar cuando células se mantienen en carencia de timina. Esta letalidad se manifiesta desde bacterias hasta células eucariotas.

En este trabajo se han desarrollado diferentes aproximaciones experimentales para determinar y explicar los procesos moleculares o mecanismos desencadenantes de TLD. A partir de nuestros resultados se ponen de manifiesto importantes ideas: (i) existe una correlación entre la magnitud de TLD y numero de horquillas de replicación, (ii) el daño en el DNA y la formación de estructuras complejas están asociadas a TLD, pero no son suficientes para explicarla (iii) la inhibición de nuevos inicios de replicación durante carencia de timina suprime TLD. Entre estas condiciones están: la adición de rifampicina, inactivación de la proteína DnaA, delecciones parciales alrededor de oriC o del propio oriC; indicando que el inicio de replicación es un punto critico para desencadenar letalidad en carencia de timina, (iv) bajo carencia de timina se generan intermediarios de replicación en el origen de replicación, oriC asociadas a la letalidad (v) la carencia de timina acelera el proceso de división celular en células que han terminado un ciclo de replicación, lo que supone el establecimiento de un nuevo mecanismo de control entre la replicación cromosómica y la división celular no descrito hasta el momento. Los resultados presentados aquí muestran un papel esencial de los nuevos inicios de replicación en TLD, abriendo nuevas vías de desarrollo para quimioterapias o tratamientos antifúngicos y antibacterianos.

The thymineless death (TLD) is the loss of viability that take place when growing cells are maintained in a growth medium lacking of thymine but other wise sufficient for continued growth. This lethality is observed from bacteria to eukaryotic cells.

We have developed different approaches to study the mechanism underlying TLD. From the results presented in this work we can conclude: (i) that the magnitude of TLD correlates with the number of the replication forks (ii) DNA damage and complex DNA structures are associated to TLD but they alone can not explain TLD (iii) TLD was prevented under conditions in which new initiation events are inhibited such a rifampicin addition, inactivation of DnaA protein, abolishing or increasing the required transcription level of genes surrounding oriC or even partially deleted oriC sequence (iv) occurrence of abortive initiations of chromosome replication occurred at oriC under thymine starvation being associated to lethality; supporting initiation events are critical targets for the lethal injuries under thymine starvation concluding in TLD (v) were determined a very precisely study cell dimensions and nucleoid morphology under thymine starvation and recovery conditions. Surprisingly we observed instant cell division in short-term thymine-starved cells. This effect has important implications for the relationship between DNA replication and cell division, as results presented here establish a new mechanism never described until now.

The relationship between cell death and the initiation of replication events in thymine-starved cells may provide new avenues for the development of improved either chemotherapies or antibacterial or antifungal treatments based on thymine starvation.