Войти
Диаграмма когезина, показывающая четыре составляющие его белковые субъединицы Белковый комплекс, который регулирует разделение сестринских хроматид во время деление клеток Cohesin представляет собой белковый комплекс, который опосредует сцепление сестринских хроматид, гомологичную рекомбинацию и образование петель ДНК. Когезин состоит из SMC3, SMC1, SCC1 и SCC3 (SA1 или SA2 у человека). Cohesin удерживает сестринские хроматиды вместе после репликации ДНК до анафазы, когда удаление когезина приводит к разделению сестринских хроматид. Комплекс образует кольцеобразную структуру, и считается, что сестринские хроматиды удерживаются вместе за счет захвата внутри когезинового кольца. Когезин является членом семейства белковых комплексов SMC, которое включает Конденсин, MukBEF и SMC-ScpAB.
Cohesin был отдельно обнаружен в почкующихся дрожжах Дугласом Кошландом и Ким Нэсмит.
Модели структуры SMC и когезина Cohesin - это мультисубъединичный белковый комплекс, состоящий из SMC1, SMC3, RAD21 и SCC3 ( SA1 или SA2). SMC1 и SMC3 являются членами семейства Structural Maintenance of Chromosomes (SMC). Белки SMC имеют две основные структурные характеристики: АТФ-связывающую кассету -подобный «головной» домен с АТФазной активностью (образованный взаимодействием N- и C-концов) и шарнирный домен, который позволяет димеризовать SMC. Головка и шарнирные области соединены друг с другом через длинные встречно-параллельные витки. Димер имеет V-образную форму, соединенную петлями.
N-концевой домен RAD21 содержит две α-спирали, которые образуют пучок из трех спиралей со свернутой спиралью SMC3. Центральная область RAD21, как полагают, в значительной степени неструктурирована, но содержит несколько сайтов связывания для регуляторов когезина. Это включает сайт связывания для SA1 или SA2, мотивы распознавания для расщепления сепаразой и область, которая конкурентно связывается с PDS5A, PDS5B или NIPBL. С-концевой домен RAD21 образует крылатую спираль, которая связывает два β-листа в головном домене Smc1.
Когда RAD21 связывает белки SMC, SCC3 может также связываться с RAD21. Когда RAD21 связывается как с SMC1, так и с SMC3, когезиновый комплекс образует замкнутую кольцевую структуру. Интерфейсы между субъединицами SMC и RAD21 могут открываться, позволяя ДНК проходить внутрь когезинового кольца и выходить из него.
Хотя структуры доступны для многих субъединиц и их интерфейсов, структура всего когезинового комплекса имеет не решена. Наши знания о конформации когезина в основном получены с помощью электронной микроскопии. Эти исследования выявили cohesin во многих конформациях, включая кольца, удлиненные стержни и совсем недавно в складчатых конформациях. Неизвестно, какая конформация преобладает внутри клетки и вызваны ли некоторые из них подготовкой образца.
Кольцо когезина выполняет множество функций:
1. Он используется для того, чтобы сестринские хроматиды оставались связанными друг с другом во время метафазы, обеспечивая, чтобы во время митоза (и мейоза ) каждая сестринская хроматида разделялась на противоположные полюса. Без cohesin клетка была бы неспособна контролировать сегрегацию сестринских хроматид, так как не было бы способа гарантировать, что веретенообразное волокно, прикрепленное к каждой сестринской хроматиде, от разных полюсов.
2. Он облегчает прикрепление веретена к хромосомам.
3. Он облегчает восстановление ДНК за счет рекомбинации.
4. Недавно были обнаружены многие новые функции когезина во многих различных клеточных процессах. Было показано, что когезин отвечает за регуляцию транскрипции, репарацию двухцепочечных разрывов ДНК, конденсацию хромосом, спаривание гомологичных хромосом во время мейоза I, моноориентацию сестринские кинетохоры во время мейоза I, негомологичное соединение центромер, архитектура и перестройка хромосом, репликация ДНК и т. д.
Комплекс, способствующий анафазе, связанный с Cdc20 (APC / C-cdc20), маркирует секурин (ингибитор анафазы) для деградации протеасомой. Секурин расщепляется в анафазе после опосредованной APC / C-cdc20 деградации, и он обеспечивает сепаразу (протеазу, ингибируемую ассоциацией с секурином) для расщепления субъединицы клейзина. Альфа-клейзин связан с комплексом когезина, связывающим как SMC 3, так и SMC 1 вместе, причем точный клейзин варьируется между митозом и мейозом (Scc1 и Rec8 соответственно), и его расщепление в конечном итоге приводит к удалению когезина из хромосом. 54>
Диссоциация сцепления сестринских хроматид определяет начало анафазы, которая устанавливает два набора идентичных хромосом на каждом полюсе клетки (телофаза ). Затем две дочерние клетки отделяются, и новый раунд клеточного цикла начинается в каждой из них на стадии G0. Когда клетки готовы к делению, потому что размер клеток достаточно велик или потому что они получают соответствующий стимул, они активируют механизм перехода на стадию G1 клеточного цикла и дублируют большинство органелл во время фазы S (синтеза), включая их центросомы.. Следовательно, когда процесс деления клеток завершится, каждая дочерняя клетка получит полный набор органелл. В то же время во время фазы S все клетки должны очень точно дублировать свою ДНК, процесс, называемый репликацией ДНК. После завершения репликации ДНК у эукариот молекула ДНК уплотняется и конденсируется с образованием митотических хромосом, каждая из которых состоит из двух сестринских хроматид, которые остаются вместе за счет образования сплоченность между ними; каждая хроматида представляет собой полную молекулу ДНК, присоединенную через микротрубочки к одной из двух центросом делящейся клетки, расположенных на противоположных полюсах клетки. Чтобы избежать преждевременного разделения сестринских хроматид, APC / C поддерживается в неактивном состоянии, связанном с различными молекулами, которые являются частью сложного механизма, называемого контрольной точкой сборки веретена.
Неясно, как когезиновое кольцо связывает сестринские хроматиды вместе. Есть два возможных сценария:
Текущий Данные свидетельствуют о том, что наиболее вероятен второй сценарий. Белки, которые необходимы для сцепления сестринских хроматид, такие как Smc3 и Scc1, не регулируют образование ковалентных связей между cohesin и ДНК, указывая тем самым, что взаимодействия ДНК недостаточно для сцепления. Кроме того, нарушение кольцевой структуры cohesin посредством расщепления Smc3 или Scc1 запускает преждевременную сегрегацию сестринских хроматид in vivo. Это показывает, что кольцевая структура важна для функции когезина.
Ранние исследования предложили различные способы, которыми когезин может захватывать ДНК, в том числе в качестве мономера, который удерживает оба гомолога вместе, и модель «манжеты руки», где два переплетающихся комплекса когезина каждый содержат одну сестринскую хроматиду. Хотя некоторые исследования подтверждают идею модели наручной манжеты, модель несовместима с рядом экспериментальных наблюдений и обычно считается захватывающим хроматин как мономер.
Несмотря на то, что гипотеза о кольцах кажется верной, все еще остаются вопросы о количестве колец, необходимых для удержания вместе сестринских хроматид. Одна из возможностей состоит в том, что одно кольцо окружает две хроматиды. Другая возможность включает создание димера, в котором каждое кольцо окружает одну сестринскую хроматиду. Два кольца связаны друг с другом посредством образования моста, который скрепляет две сестринские хроматиды.
Топология и структура этих субъединиц лучше всего охарактеризованы у почкующихся дрожжей, но сохранение последовательности этих белков и биохимические и электронные микроскопические наблюдения предполагают, что комплексы когезинов у других видов очень похожи по своей структуре, [1].
Когезиновый комплекс устанавливается на начальных стадиях S-фазы. Комплексы связываются с хромосомами до того, как происходит репликация ДНК. Как только клетки начинают реплицировать свою ДНК, кольца когезина замыкаются и связывают сестринские хроматиды вместе. Комплексы когезина должны присутствовать во время S-фазы для того, чтобы произошло сцепление. Однако неясно, как когезин загружается в хромосомы во время G1. На данный момент существуют две предложенные гипотезы:
Связывание когезина вдоль хромосомной ДНК считается динамическим, и его местоположение изменяется в зависимости от транскрипции гена, специфическая последовательность ДНК и наличие белков, связанных с хромосомами. Есть три возможных сценария:
Многие петли хроматина образуются с помощью так называемого механизма экструзии петель, когда кольцо когезина активно перемещается по двум двойным спиралям ДНК, перемещая одну из них по отношению к другой. Таким образом, петля может становиться меньше или больше. Процесс экструзии петли останавливается, когда cohesin встречает архитектурный белок хроматина CTCF. Сайт CTCF должен быть в правильной ориентации, чтобы остановить cohesin.
белки когезина SMC1ß, SMC3, REC8 и STAG3, по-видимому, участвуют в сцепление сестринских хроматид на протяжении мейотического процесса в человеческих ооцитах. Белки SMC1ß, REC8 и STAG3 являются когезинами, специфичными для мейоза.
Белок STAG3, по-видимому, необходим для женского мейоза. гомозиготная мутация сдвига рамки считывания в гене Stag3 была идентифицирована в большой кровной семье с преждевременной недостаточностью яичников. Кроме того, самки мышей с дефицитом STAG3 являются стерильными, и их эмбриональные ооциты задерживаются на ранней профазе 1.
Структура и функция когезина сохраняются в процессе эволюции. Белки SMC обнаруживаются у прокариот и сохраняются в ходе эволюции. Спирали SMC1 и SMC3 консервативны с расхождением аминокислот менее 0,5%.
| Название | Saccharomyces cerevisiae | Schizosaccharomyces pombe | Drosophila | Позвоночные |
|---|---|---|---|---|
| Smc1 | Smc1 | Psm1 | DmSmc1 | Smc1 |
| Smc3 | Smc3 | Psm3 | DmSmc3 | Smc3 |
| Scc1 | Mcd1/Pds3 | Rad21 | DmRad21 | Rad21 |
| Scc3 | Scc3 | Psc3 | DmSA | SA1 и SA2 |
Термин «когезинопатия» использовался для описания состояний, влияющих на cohesin комплекс.
Эти состояния включают:
СМИ, относящиеся к Cohesins на Wikimedia Commons