Kondensin

Kondensiner  är stora proteinkomplex som spelar en stor roll i kromosomsegregeringen under mitos och meios [1] [2] .

Subenhetssammansättning

Eukaryota kondensiner

De flesta eukaryota celler har två typer av kondensinkomplex som kallas kondensin I och kondensin II . Var och en av dem består av fem underenheter [3] [4] . Kondensinerna I och II delar ett par underenheter, SMC2 och SMC4, som tillhör en stor familj av kromosomala ATPaser som kallas SMC-proteiner ( Strukturellt underhåll av kromosomer ) .  Vart och ett av dessa komplex innehåller en specifik uppsättning regulatoriska underenheter (en Claisin-subenhet [5] och ett par underenheter med HEAT-repetitioner [6] ). Nematoden Caenorhabditis elegans har ett tredje kondensinkomplex (relaterat till kondensin I) som är involverat i doskompensation [7] . Detta komplex kallas condensin I DC , och i det ersätts SMC4-subenheten med ett liknande protein, DPY-27.

Komplex Underenhet Klass S. cerevisiae S. pombe C.elegans D. melanogaster Ryggradsdjur (mänskliga gener)
kondensin I och II SMC2 ATPas smc2 Klipp14 MIX-1 DmSmc2 CAP-E ( SMC2 )
kondensin I och II SMC4 ATPas smc4 Klipp 3 SMC-4 DmSmc4 CAP-C ( SMC4 )
kondensin I CAP-D2 VÄRME Ycs4 Cnd1 DPY-28 CG1911 CAP-D2 ( NCAPD2 )
kondensin I CAP-G VÄRME Ycg1 Cnd3 CAP-G1 cap-g CAP-G ( NCAPG )
kondensin I CAP-H kleisin Brn1 cnd2 DPY-26 karg CAP-H ( NCAPH )
kondensin II CAP-D3 VÄRME - - HCP-6 CG31989 CAP-D3 ( NCAPD3 )
kondensin II CAP-G2 VÄRME - - CAP-G2 -? CAP-G2 ( NCAPG2 )
kondensin II CAP-H2 kleisin - - KLE-2 CG14685 CAP-H2 ( NCAPH2 )
kondensin I DC DPY-27 ATPas - - DPY-27 - -

Kondensin I:s struktur och funktion är oförändrad från jäst till människa, men jäst har inte kondensin II [8] [9] . Tydligen finns det inget samband mellan närvaron av kondensin II i en eukaryot organism och storleken på dess genom. Däremot har den primitiva rödalgen Cyanidioschyzon merolae kondensinerna I och II, även om dess genomstorlek är liten även jämfört med jäst [10] .

Prokaryota kondensiner

Prokaryoter har kondensinliknande komplex som också tillhandahåller organisering och segregation av kromosomer. Prokaryota kondensiner kan delas in i två typer: SMC-ScpAB [11] och MukBEF [12] . De flesta eubakterier och archaea-arter har SMC-ScpAB-kondensiner, medan γ-proteobakterier har MukBEF-kondensiner.

Komplex Underenhet Klassificering B. subtilis Caulobacter E coli
SMC-ScpAB SMC ATPas SMC/BsSMC SMC -
SMC-ScpAB ScpA kleisin ScpA ScpA -
SMC-ScpAB ScpB bevingad helix ScpB ScpB -
MukBEF MukB ATPas - - MukB
MukBEF Muke ? - - Muke
MukBEF MukF kleisin - - MukF

Verkningsmekanism

En enkel kondensinring omger två regioner av dubbelsträngat DNA och stängs sedan av ytterligare icke-SMC-subenheter. Således säkerställer dessa proteiner kondensationen av kromatin, bildandet av slingor och korrekt veckning av DNA i kromatiden.

Aktivitet

Renat kondensin I använder energin från ATP för att skapa positiva superspolar på DNA [13] . Det uppvisar DNA-beroende ATPas-aktivitet in vitro . SMC2-SMC4-dimeren kan renaturera komplementärt enkelsträngat DNA [14] . Det kräver inte ATP för denna aktivitet.

Struktur

SMC-dimerer, som är de centrala subenheterna av kondensiner, har en unik V-form [15] . Denna form bestämdes i kondensin I med hjälp av elektronmikroskopi [16] .

Funktioner i mitos

I odlade mänskliga celler beter kondensinkomplex I och II olika under cellcykeln [17] [18] . Under interfas finns kondensin II i kärnan och deltar i de inledande stadierna av kromosomkondensation under profas . Kondensin I, tvärtom, ligger i cytoplasman under interfasen , det kommer in i kromosomerna först efter att kärnhöljet försvinner i slutet av profasen. Under prometafas och metafas är båda kondensinerna involverade i kondensationen av kromosomer, vilket resulterar i att systerkromatiderna är helt bildade [4] . Båda komplexen verkar förbli associerade med kromosomer även efter att systerkromatider separeras i anafas. Minst en kondensin I-subenhet interagerar direkt med cyklinberoende kinas (Cdk) [19] .

Andra funktioner

Nyligen genomförda studier har visat att kondensiner är involverade i ett brett spektrum av processer som förekommer i kromosomer utanför mitos och meios. I spirande jäst, till exempel, hjälper kondensin I (det enda kondensinet i denna organism) till att reglera kopiantalet av tandemupprepningar av ribosomalt DNA [20] såväl som i klustringen av tRNA- gener [21] . I Drosophila är kondensin II-subenheter involverade i upplösningen av polytenkromosomer [22] och bildandet av kromosomterritorium [23] i sjuksköterskeceller. Det finns också bevis för att de nedregleras under genetisk transvektion av diploida celler. Hos A. thaliana krävs kondensin II för utveckling av växtresistens mot bor , vilket möjligen förhindrar DNA-skada [24] . Det har visats att i mänskliga celler initierar kondensin II händelser associerade med separationen av systerkromatider i mitos redan under S-fasen av den mitotiska cykeln [25] .

Relaterade proteiner

I eukaryota celler finns det ytterligare två klasser av SMC-proteinkomplex , dessa är kohesiner , som innehåller SMC1 och SMC3 och är involverade i bindningen av systerkromatider , samt SMC5/6-komplexet, som innehåller SMC5 och SMC6, det är involverad i rekombinationell reparation.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Hirano T. Condensins: universella organisatörer av kromosomer med olika funktioner  // Genes Dev  : journal  . - 2012. - Vol. 26 , nr. 15 . - P. 1659-1678 . doi : 10.1101 / gad.194746.112 . — PMID 22855829 .
  2. ↑ Wood AJ, Severson AF, Meyer BJ Kondensin och kohesinkomplexitet: den expanderande repertoaren av funktioner  // Nat Rev Genet  : journal  . - 2010. - Vol. 11 , nr. 6 . - s. 391-404 . doi : 10.1038 / nrg2794 . — PMID 20442714 .
  3. ↑ Hirano T., Kobayashi R., Hirano M. condensins, kromosomkomplexkondensation innehållande XCAP-C, XCAP-E och en Xenopus-homolog av Drosophila Barren-proteinet  // Cell  :  journal. - Cell Press , 1997. - Vol. 89 , nr. 4 . - s. 511-521 . - doi : 10.1016/S0092-8674(00)80233-0 . — PMID 9160743 .
  4. ↑ 1 2 Ono T., Losada A., Hirano M., Myers MP, Neuwald AF, Hirano T. Differentiella bidrag från condensin I och condensin II till mitotisk kromosomarkitektur i ryggradsdjursceller  (engelska)  // Cell  : journal. - Cell Press , 2003. - Vol. 115 , nr. 1 . - S. 109-121 . - doi : 10.1016/S0092-8674(03)00724-4 . — PMID 14532007 .
  5. ↑ Schleiffer A., ​​​​Kaitna S., Maurer-Stroh S., Glotzer M., Nasmyth K., Eisenhaber F. Kleisins: en superfamilj av bakteriella och eukaryota SMC-proteinpartners   // Mol . cell : journal. - 2003. - Vol. 11 , nr. 3 . - s. 571-575 . - doi : 10.1016/S1097-2765(03)00108-4 . — PMID 12667442 .
  6. ↑ Neuwald AF, Hirano T. HEAT-upprepningar associerade med kondensiner, kohesiner och andra komplex involverade i kromosomrelaterade funktioner  // Genome Res  . : journal. - 2000. - Vol. 10 , nej. 10 . - P. 1445-1452 . - doi : 10.1101/gr.147400 . — PMID 11042144 .
  7. ↑ Csankovszki G., Collette K., Spahl K., Carey J., Snyder M., Petty E., Patel U., Tabuchi T., Liu H., McLeod I., Thompson J., Sarkeshik A., Yates J., Meyer BJ, Hagstrom K. Tre distinkta kondensinkomplex styr C. elegans kromosomdynamik  (engelska)  // Curr. Biol.  : journal. - 2009. - Vol. 19 , nr. 1 . - S. 9-19 . - doi : 10.1016/j.cub.2008.12.006 . — PMID 19119011 .
  8. ↑ Sutani T., Yuasa T., Tomonaga T., Dohmae N., Takio K., Yanagida M. Fission yeast condensin complex: essential roles of non-SMC subunits for condensation and Cdc2 phosphorylation of Cut3/  SMC4 // Genes Dev.  : journal. - 1999. - Vol. 13 , nr. 17 . - P. 2271-2283 . - doi : 10.1101/gad.13.17.2271 . — PMID 10485849 .
  9. ↑ Freeman L., Aragon-Alcaide L., Strunnikov A. Kondensinkomplexet styr kromosomkondensation och mitotisk överföring av rDNA  //  J. Cell Biol. : journal. - 2000. - Vol. 149 , nr. 4 . - s. 811-824 . doi : 10.1083 / jcb.149.4.811 . — PMID 10811823 .
  10. ↑ Fujiwara T., Tanaka K., Kuroiwa T., Hirano T. Spatiotemporal dynamics of condensins I and II: evolutionary insights from the primitive red alga Cyanidioschyzon merolae   // Mol . Biol. cell. : journal. - 2013. - Vol. 24 , nr. 16 . - P. 2515-2527 . - doi : 10.1091/mbc.E13-04-0208 . — PMID 23783031 .
  11. ↑ Mascarenhas J., Soppa J., Strunnikov A.V., Graumann P.L. Cellcykelberoende lokalisering av två nya prokaryota kromosomsegregerings- och kondensationsproteiner i Bacillus subtilis som interagerar med SMC-protein  // EMBO  J. : journal. - 2002. - Vol. 21 , nr. 12 . - P. 3108-3118 . - doi : 10.1093/emboj/cdf314 . — PMID 12065423 .
  12. ↑ Yamazoe M., Onogi T., Sunako Y., Niki H., Yamanaka K., Ichimura T., Hiraga S. Komplex bildning av MukB-,  MukE- och MukF-proteiner involverade i kromosomfördelning i Escherichia coli  // EMBO J. : journal. - 1999. - Vol. 18 , nr. 21 . - P. 5873-5884 . - doi : 10.1093/emboj/18.21.5873 . — PMID 10545099 .
  13. ↑ Kimura K., Hirano T. ATP-beroende positiv supercoiling av DNA av 13S-kondensin: en biokemisk implikation för kromosomkondensation  // Cell  :  journal. - Cell Press , 1997. - Vol. 90 , nej. 4 . - s. 625-634 . - doi : 10.1016/s0092-8674(00)80524-3 . — PMID 9288743 .
  14. ↑ Sutani T., Yanagida M. DNA-renatureringsaktivitet av SMC-komplexet som är inblandat i kromosomkondensering  //  Nature : journal. - 1997. - Vol. 388 , nr. 6644 . - s. 798-801 . - doi : 10.1038/42062 . — PMID 9285594 .
  15. ↑ Melby TE, Ciampaglio CN, Briscoe G., Erickson HP. Den symmetriska strukturen av strukturellt underhåll av kromosomer (SMC) och MukB-proteiner: långa, antiparallella lindade spolar, vikta vid ett flexibelt gångjärn  //  J. Cell Biol. : journal. - 1998. - Vol. 142 , nr. 6 . - P. 1595-1604 . - doi : 10.1083/jcb.142.6.1595 . — PMID 9744887 .
  16. ↑ Anderson DE, Losada A., Erickson HP, Hirano T. Condensin and cohesin visar olika armkonformationer med karakteristiska gångjärnsvinklar  //  J. Cell Biol. : journal. - 2002. - Vol. 156 , nr. 6 . - s. 419-424 . - doi : 10.1083/jcb.200111002 . — PMID 11815634 .
  17. ↑ Ono T., Fang Y., Spector DL, Hirano T. Spatial och temporal reglering av Condensins I och II i mitotisk kromosomsammansättning i mänskliga celler  // Molecular Biology of the Cell  : journal  . - 2004. - Vol. 15 , nr. 7 . - P. 3296-3308 . - doi : 10.1091/mbc.E04-03-0242 . — PMID 15146063 .
  18. ↑ Hirota T., Gerlich D., Koch B., Ellenberg J., Peters JM Distinkta funktioner hos kondensin I och II i mitotisk kromosomsammansättning  //  Journal of Cell Science : journal. — Biologbolaget, 2004. - Vol. 117 , nr. Pt 26 . - P. 6435-6445 . - doi : 10.1242/jcs.01604 . — PMID 15572404 .
  19. ↑ Kimura K., Hirano M., Kobayashi R., Hirano T. Fosforylering och aktivering av 13S-kondensin av Cdc2 in vitro  //  Science : journal. - 1998. - Vol. 282 , nr. 5388 . - S. 487-490 . - doi : 10.1126/science.282.5388.487 . — PMID 9774278 .
  20. ↑ Johzuka K., Terasawa M., Ogawa H., Ogawa T., Horiuchi T. Kondensin laddat på replikationsgaffelbarriärstället i rRNA-genen upprepas under S-fasen på ett FOB1-beroende sätt för att förhindra sammandragning av en lång repetitiv array i Saccharomyces cerevisiae. (engelska)  // Mol Cell Biol. : journal. - 2006. - Vol. 26 , nr. 6 . - P. 2226-2236 . - doi : 10.1128/MCB.26.6.2226-2236.2006 . — PMID 16507999 .
  21. ↑ Haeusler RA, Pratt-Hyatt M., Good PD, Gipson TA, Engelke DR Klustring av jäst-tRNA-gener förmedlas av specifik association av kondensin med tRNA-gentranskriptionskomplex. (engelska)  // Genes Dev.  : journal. - 2008. - Vol. 22 , nr. 16 . - P. 2204-2214 . - doi : 10.1101/gad.1675908 . — PMID 18708579 .
  22. ↑ Hartl TA, Smith HF, Bosco G. Kromosomanpassning och transvektion antagoniseras av kondensin II. (engelska)  // Vetenskap: tidskrift. - 2008. - Vol. 322 , nr. 5906 . - P. 1384-1387 . - doi : 10.1126/science.1164216 . — PMID 19039137 .
  23. ↑ Bauer CR, Hartl TA, Bosco G. Condensin II främjar bildandet av kromosomterritorier genom att inducera axiell komprimering av polyploida interfaskromosomer. (engelska)  // PLoS Genet : journal. - 2012. - Vol. 8 , nr. 8 . — P.e1002873 . - doi : 10.1371/journal.pgen.1002873 . — PMID 22956908 .
  24. ↑ Sakamoto T., Inui YT, Uraguchi S., Yoshizumi T., Matsunaga S., Mastui M., Umeda M., Fukui K., Fujiwara T. Condensin II lindrar DNA-skador och är avgörande för tolerans av boröverbelastningsstress i Arabidopsis. (engelska)  // Plant cell : journal. - 2011. - Vol. 23 , nr. 9 . - P. 3533-3546 . - doi : 10.1105/tpc.111.086314 . — PMID 21917552 .
  25. ↑ Ono T., Yamashita D., Hirano T. Condensin II initierar systerkromatidupplösning under S-fasen  //  J. Cell Biol. : journal. - 2013. - Vol. 200 , nej. 4 . - s. 429-441 . - doi : 10.1083/jcb.201208008 . — PMID 23401001 .

Externa länkar

 cell nucleus.svg cellkärnan
Kärnmembran /
Nukleär lamina
nukleolus
Övrig
PML-kroppar
SMC-proteiner
Övergångsnukleära
proteiner