Nuestro grupo está interesado en entender cómo varía la composición del replisoma y las consecuencias que estos cambios tienen en la dinámica de la replicación del ADN, la estructura de la cromatina y la identidad celular, así como en situaciones patológicas como el cáncer. Por un lado, exploramos cuáles son los factores de replicación que se incorporan o extraen del replisoma durante la fase S, qué efecto tienen en la replicación del ADN y cómo se regula su localización en el replisoma. Por otro lado, estamos llevando a cabo una caracterización proteómica de la composición del replisoma en diferentes escenarios para poder establecer una colección de replisomas que nos permita entender las funciones de factores de replicación específicos en el mantenimiento de la identidad celular.

Prestamos especial atención al papel de los modificadores post-traduccionales ubiquitina y SUMO en el control de las proteínas del replisoma. Estos modificadores controlan de forma reversible la actividad, localización y estabilidad de las proteínas diana. La cromatina naciente presenta un ambiente rico en proteínas SUMOiladas esencial para la replicación del ADN lo que nos ha llevado a proponer que la SUMOilación grupal del replisoma es necesaria para su correcto funcionamiento (Lecona y Fernández-Capetillo, Bioessays 2016). Hemos demostrado que el mantenimiento del equilibrio ubiquitina/SUMO durante la replicación del ADN requiere la acción conjunta de USP7, una deubiquitinasa dependiente de SUMO, y la AAA+ ATPasa VCP/p97, que extrae factores SUMOilados y ubiquitinados de cromatina durante la fase S (Lecona et al., NSMB 2016; Franz et al., Cell Rep. 2021). Siguiendo esta línea de investigación estamos interesados en entender cómo transcurre la replicación del ADN en ausencia del ambiente rico en proteínas SUMOiladas. Aparte de la modificación grupal del replisoma, ubiquitina y SUMO sirven como cronómetros moleculares que controlan la activación o la presencia de estos factores en el replisoma (Martín-Rufo et al., SCDB 2022). Hemos identificado al complejo ADN polimerasa /Primasa como un nuevo sustrato de VCP/p97. La extracción de este complejo de cromatina limita la generación de fragmentos de Okazaki y determina la activación basal de la respuesta a estrés replicativo. Seguimos buscando nuevos factores de replicación que son dianas de VCP/p97 para estudiar por qué su presencia en el replisoma necesita ser regulada.

Para el estudio sistemático de la composición del replisoma nos centramos en tres aspectos complementarios. Primero analizamos la replicación del ADN a través de diferentes entornos de cromatina. Segundo, comparamos la composición del replisoma en células diferenciadas y células madre, que presentan dinámicas de replicación muy distintas. Finalmente, nos interesa entender los cambios de composición del replisoma que acompañan y permiten el proceso de transformación tumoral. El establecimiento de una “colección de replisomas” es el primer paso para entender el papel que juega la replicación del ADN en el control de la cromatina, el establecimiento de la identidad celular y su pérdida en cáncer. Exploramos la replicación del ADN como un determinante activo de la cromatina con funciones que van más allá de la transmisión de la información genética.

En resumen, a través del estudio de las vías de ubiquitina y SUMO, la caracterización de la composición del replisoma y el análisis molecular de la replicación del ADN, buscamos caracterizar el replisoma como un complejo dinámico que integra diferentes estímulos para asegurar la estabilidad genómica y participar en la determinación de la identidad celular.