Информације

Razlika između Condensin i Cohesin proteina?

Razlika između Condensin i Cohesin proteina?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Na koji način je hromozomska DNK složena uz pomoć proteina kohezina i kondenzina? Može li se reći da kohezin formira kinetohor? Kako bi se tačno razlikovali? Termini su tako usko postavljeni da mi stisnu mozak kroz… !!! hvala vam na ljubaznoj pomoći ^_^


Condensin

Kondenzin I: присутан на citoplazma tokom interfaze, ima pristup hromozomima nakon profaze. Doprinosi sklapanju kondenzovanog hromozoma tokom prometafaze i metafaze [1].

Kondenzin II: присутан на језгро tokom interfaze, uključeni u kondenzaciju hromozoma. Doprinosi sklapanju kondenzovanog hromozoma tokom prometafaze i metafaze [1].

Cohesin

Održava sestrinske hromatide povezane jedna sa drugom tokom metafaze i osigurava da se svaka sestrinska hromatida odvoji na suprotne polove. "Olakšava vezivanje vretena na hromozome. Olakšava popravku DNK rekombinacijom." [2]


Референце:

  1. Saradnici Vikipedije, „Condensin“, Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Condensin&oldid=606814199 (pristupljeno 29. jula 2014).
  2. Saradnici Vikipedije, „Cohesin“, Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cohesin&oldid=617481362 (pristupljeno 29. jula 2014).

Cohesin

Cohesin je proteinski kompleks koji posreduje koheziju sestrinskih hromatida, homolognu rekombinaciju i DNK petlju. Kohezin se formira od SMC3, SMC1, SCC1 i SCC3 (SA1 ili SA2 kod ljudi). Kohezin drži sestrinske hromatide zajedno nakon replikacije DNK do anafaze kada uklanjanje kohezina dovodi do razdvajanja sestrinskih hromatida. Kompleks formira prstenastu strukturu i veruje se da se sestrinske hromatide drže zajedno zarobljavanjem unutar kohezinskog prstena. Cohesin je član SMC porodice proteinskih kompleksa koja uključuje Condensin, MukBEF i SMC-ScpAB.

Kohesin su zasebno otkrili Daglas Košland [1] i Kim Nezmit u kvascu koji pupa. [2]


Апстрактан

Dva srodna proteinska kompleksa, kohezin i kondenzin, neophodna su za odvajanje identičnih kopija genoma u ćerke ćelije tokom ćelijske deobe. Cohesin spaja replicirane sestrinske hromatide zajedno dok se ne podele u anafazi, dok kondenzin reorganizuje hromozome u njihovu veoma kompaktnu mitotičku strukturu. Neočekivano, mutacije u podjedinicama ovih kompleksa otkrivene su u genetskim ekranima koji ciljaju na potpuno različite procese. Pojavljuju se uzbudljivi novi dokazi da kohezin i kondenzin utiču na ključne procese tokom interfaze i na nepredviđene aspekte mitoze. Svaki kompleks može da obavlja nekoliko uloga, a pojedinačne podjedinice mogu da se povezuju sa različitim skupovima proteina kako bi postigli različite funkcije, uključujući regulaciju ekspresije gena, popravku DNK, kontrolne tačke ćelijskog ciklusa i organizaciju centromera.


Određivanje pola kod kičmenjaka

Tasman Daish, Frank Grützner, u Aktuelne teme iz razvojne biologije, 2019.

6 Uloga SMC-a u organizaciji polnih hromozoma: Kohezini su ključni igrači u regulaciji dinamike mejotičkog uparivanja

Kohezini i njihov bliski funkcionalni i strukturni srodnici, kondenzini, su višekomponentni molekuli sa različitim funkcijama u regulaciji genoma uključujući mitotičku i mejotičku podelu, popravku DNK, kontrolu transkripcije i kondenzaciju hromozoma. Mutacije koje utiču na kohezine dovode do reproduktivnog i plodnog deficita i raka (Litwin & Wysocki, 2018 Rankin, 2015 Remeseiro & Losada, 2013). Primarne i najbolje okarakterisane uloge kohezina su vezivanje homologa i sestrinske hromatide tokom mitotičke i mejotičke deobe ćelija. Kod ljudi i miševa, kohezinski kompleks specifičan za mejot se sastavlja u tripartitnu konfiguraciju koja se sastoji od strukturnog održavanja proteina hromozoma (SCC) SMC1β i SMC3, premošćavajuće ili vezne α-kleizinske podjedinice Rad21, koja je takođe vezana stromalnim antigen protein STAG3. Ova struktura formira prsten u kome se DNK lanci mejotskih homologa i sestrinskih hromatida drže do njihovog razdvajanja u Mejozi I i II, respektivno. Shodno tome, ovi proteini su neophodni za uspešnu gametogenezu (Biswas et al., 2016 Hopkins et al., 2014 Ward, Hopkins, McKay, Murray, & Jordan, 2016). Kohezini i posebno SMC3 su integralne komponente SC gde učestvuju u kondenzaciji i uparivanju hromozoma. Nedavni dokazi su implicirali moguću ulogu u specifičnoj regulaciji polnih hromozoma kod platipusa (Casey et al., 2017). Druga varijanta kohezina specifična za mejozu, RAD21L, povezana je sa polnim telom kod miša i postoje funkcionalne veze između komponenti kohezina, nukleola i formiranja heterohromatina. Uočena masivna akumulacija SMC3 i STAG3 specifično na neuparene regione lanca polnih hromozoma platipusa preko pahitena je intrigantno zapažanje ( Casey et al., 2017 Herran et al., 2011 Ishiguro, Kim, Fujiyama-Nakamura, Kato, & , 2011). Izražena akumulacija ove dve kohezinske komponente specifično za mejotske polne hromozome ranije nije primećena ni kod jedne vrste, a činjenica da je ograničena na neuparenu DNK i nije povezana sa višestrukim PAR, implicira ulogu specifičnu za 10 polnih hromozoma. . Štaviše, akumulacija se dešava istovremeno sa prolaznom kontrakcijom i spajanjem 10 elemenata u heterohromatsku paranukleolarnu masu (Slika 1 Donji panel). Ova zapažanja zahtevaju dalje istraživanje, uključujući određivanje kohezinskog statusa izjednačenog ZW u pahitenskim pilećim oocitima, da bi se identifikovao stepen očuvanja strategija koje se koriste za upravljanje heteromorfnim polnim hromozomima.


DISKUSIJA

Kohezin i kondenzin su bitne komponente hromatinskog izvora. Koristeći konvoluciju modela na simuliranim geometrijama kohezina i kondenzina, odredili smo njihove fine strukture unutar pericentričnog hromatina. Cohesin najbolje odgovara nasumičnoj distribuciji fluorofora koji naseljavaju bure prečnika 500 nm i dužine 550 nm i jedan kompleks debljine ∼40 nm. Fluorescencija kondenzina najbolje odgovara grupisanim fluoroforima koji zauzimaju šuplji cilindar od 350 nm proksimalno od mikrotubula interpolarnog vretena. Razumevanje razlika između distribucije kohezina i kondenzina u pericentromeri omogućava nam da steknemo uvid u njihove funkcije u hromatinskom izvoru.

Predloženo je da se pericentrični kohezin organizuje u distribuciju bureta oko mikrotubula vretena (Da et al., 2008). Ovo je u skladu sa cilindričnom organizacijom mikrotubula vretena koja se vidi EM tomografijom i distribucijom pericentričnog hromatina obeleženog sa LacO/LacI-GFP (Winey et al., 1995 Gardner et al., 2008 Anderson et al., 2009 Stephens et al., 2011 Haase et al., 2012). Ovde pokazujemo da je eksperimentalna pericentrična kohezinska fluorescencija iz različitih uglova akvizicije verno rekapitulirana simuliranim slikama šupljeg cilindra / bureta (Slika 2). Cohezinovoj homogenoj distribuciji najbolje odgovaraju pojedinačni, nasumično raspoređeni fluorofori (slika 4). Bačva je kontinuirana samo u smislu da se distribucija fluorescencije pojedinačnih molekula preklapa kao posledica objektivnog PSF. Možemo isključiti više slojeva unutar cevi (ili više koncentričnih cevi) na osnovu simulacija koje ukazuju da je debljina cevi uporediva sa jednim kohezinskim prstenom (slika 2D i tabela 2). Naše modeliranje se ne bavi da li molekuli postoje kao pojedinačni ili višestruki kompleksi (Haering i Jessberger, 2012). Podaci o konvoluciji modela su u skladu sa kohezinom dispergovanim po geometriji cevi koja okružuje centralno vreteno.

Raspodela kondenzina se razlikuje od kohezina po tome što nije ni dvolupasta ni homogena. Merenjem broja molekula, znamo da razlike nisu posledica dispariteta u broju molekula, jer oba imaju ∼240 ukupno u ukupnom pericentričnom hromatinu 16 sestrinskih hromatida. Da bismo oponašali heterogenost od ćelije do ćelije, smanjili smo broj jedinstvenih pozicija koje fluorofori zauzimaju u cilindru kroz grupisanje i randomizovane pozicije fluorofora od slike do slike. Nasumična distribucija klastera (osam ili 16 fluorofora po klasteru) u simulacijama najbolje odgovara heterogenoj aksijalnoj fluorescenciji kondenzina sa približno jednakom frekvencijom fokusa, dva fokusa ili uniformnog signala (slika 3). Чак и у mcm21Δ ćelije sa povećanom dužinom interkinetohora, frekvencija različitih fluorescentnih signala je tačno usklađena simulacijama grupisanja (slika S1B). Sastavljanje eksperimentalnih kondenzinskih slika iz populacije poravnatih vretena nije otkrilo željeni položaj unutar pericentromere. Fluorescencija ansambla je bila ravnomerno raspoređena između kinetohora (Stephens et al., 2011). Uzeti zajedno, podaci sugerišu da su klasteri kondenzina nasumično raspoređeni u pericentromeri i duž ose vretena.

Klasteri kondenzina verovatno formiraju rozete u pericentromeri da bi se oduprli napetosti putem homotipskih interakcija (Slika 6). Ideja višestrukih petlji koje proizilaze iz grupisanog kondenzina predložena je kao mehanizam za zbijanje hromatina (Vas et al., 2007 Hirano, 2012). Biohemijske i teorijske studije sugerišu da kondenzini rade kooperativno (Melby et al., 1998 Strick et al., 2004 Alipur i Marko, 2012). Naši podaci podržavaju model u kojem se više kondenzina (8–16) grupiše da bi sabijali pericentromere duž ose vretena (slika 3). Kompaktacija se verovatno dešava kroz sakupljanje kondenzina distalnih regiona DNK da bi se proizvele hiralne petlje (Kimura i Hirano, 1997. Yoshimura et al., 2002 Strick et al., 2004 Hirano, 2006 Slika 6). Pokazalo se da se kondenzin vezuje i grupiše na genima tRNA, kao i na drugim mestima koja zauzima transkripcioni faktor TFIIIC (D'Ambrosio et al., 2008 Haeusler et al., 2008 Iwasaki et al., 2010), pružajući mehanizam za grupisanje lokusa pericentromera. Sir2 pomaže u regrutovanju kondenzina na tRNA mesta (Li et al., 2013), i nakon iscrpljivanja Sir2, kondenzin može izgubiti afinitet prema ovim mestima, što može objasniti zašto se kondenzin pomera sa ose vretena u sir2Δ mutanti (slika 5). Vezivanje kondenzina je u negativnoj korelaciji sa transkripcionom aktivnošću u rDNK lokusu kao i centromeri (Johzuka i Horiuchi, 2007, 2009 Iwasaki et al., 2010). Alternativni, ali ne i međusobno isključivi mehanizam za pomeranje kondenzina u sir2Δ ćelije je da Sir2 funkcioniše da hipoacetiluje regione centromera i pericentromera (Choy et al., 2011, 2012) da promoviše utišavanje transkripcije kako bi se obezbedilo pravilno regrutovanje/vezivanje kondenzina. Hromatinska opruga sastavljena od petlji je u skladu sa matematičkim modelima koji rekapituliraju eksperimentalno ponašanje vretena nakon perturbacije hromatinske opruge preko pericentričnog kohezina ili iscrpljivanja kondenzina (Stephens et al., 2013).

SLIKA 6: Model kohezina i kondenzina u pericentromeri. (A) Kondenzin (svetlo plavi) je lokalizovan duž ose vretena u klasterima, gde formira petlje nalik rozeti kroz više kondenzina koji rade zajedno. Kohezin (tamnoplavi) je lokalizovan radijalno, gde promoviše petlju da bi se odupreo silama povlačenja spolja iz mikrotubula vretena. Kohesin je prikazan kao dve moguće konfiguracije: jedan kompleks (levo) ili dva kompleksa (desno vidi pregled u Haering i Jessberger, 2012). (B) Dijagram regiona intercentromera. Dok kondenzin može obuhvatiti dužinu između sestrinskih klastera centromera, kohezin je pomeren iz klastera centromera za ∼125 nm.

Kohezin je nasumično raspoređen na radijalno dispergovane pericentromerne petlje. Široka distribucija LacO nizova povezanih sa centromerom daje nezavisnu procenu veličine kohezinskog bureta. U 92% ćelija, pericentrični LacO nizovi su ograničeni u prečniku od 530 nm koji okružuje vreteno (vidi sliku 4C, III). Na tretmanu ćelija sa malom dozom benomila, povećavaju se i pericentrični radijalni položaj hromatina i širina kohezinskog bureta (Haase et al., 2012). Ekspanzija pericentričnog hromatina zavisi od Bub1 zavisne fosforilacije H2AS121A (Haase et al., 2012). Dakle, hromatin je taj koji diktira dimenzije kohezinskog bureta. Agregatni pericentrični hromatin (32 × 50 kb = 1,6 Mbp) u mitozi je uporediv po veličini sa celim Escherichia coli nukleoid (∼4 Mbp). Pošto je pericentromera ograničena na sličnu zapreminu, verovatno će pokazati karakteristike zatvorenosti koje pokazuje bakterijski nukleoid i podložna entropskom polimernom odbijanju što olakšava segregaciju hromozoma (Jun i Mulder, 2006. Fisher et al., 2013). Cohesin igra kritičnu funkciju u ograničavanju hromatina na ovu radijalnu poziciju (prikazano na slici 6 Stephens et al., 2011). Cohesin koji obuhvata radijalne petlje različitih pericentromera stvorio bi umreženu mrežu (Stephens et al., 2013), što bi dodatno ograničilo pericentrični hromatin. Stoga predlažemo da kohezinove molekularne funkcije u zarobljavanju i zbijanju (Gruber et al., 2003 Haering et al., 2008 Ned et al., 2013) dovode do zatvaranja i umrežavanja unutar izvora hromatina.

Zanimljivo je da distribucija kohezina ne obuhvata celu pericentromeru od kinetohora do kinetohora i umesto toga je udaljena ∼125 nm od bilo kog klastera centromera. Izbacivanje kohezina iz centromere može biti neophodno za pravilnu orijentaciju. Kohezija na centromeri promoviše monoorijentaciju sestrinskih centromera, dok kohezija u pericentromeri promoviše biorijentaciju (Sakuno i Watanabe, 2009). Slična, ali alternativna ideja je da bi kondenzin mogao zameniti kohezin da bi pomogao u rezoluciji centromera, kao što je objavljeno u Caenorhabditis elegans (Mur et al., 2005).

Konvolucija modela pruža neinvazivnu metodu za određivanje fine strukture i distribucije kohezina i kondenzina u aparatu za mitotičku segregaciju. Kompjuterske simulacije različitih geometrija i distribucije fluorofora su kombinovane sa PSF-om da bi se direktno procenile eksperimentalne slike. Aksijalni položaj i grupisanje kondenzina naspram radijalnog položaja i disperzije kohezina dovodi do uvida u raspored hromatinske opruge. Rozeta pericentromernih petlji je zbijena i zatvorena u geometriji koja distribuira napetost stvorenu na više mesta vezivanja mikrotubula kroz hromatinsku mrežu.


DISKUSIJA

Kohezin i kondenzin su dva najšire proučavana nehistonska proteinska kompleksa sa važnom ulogom u strukturi i ponašanju mitotičkih hromozoma. Ova studija služi da istakne da iako su ova dva kompleksa površno slična (na primer, oba su izgrađena oko heterodimera SMC proteina), uloga koju igra ATP u funkciji dva kompleksa je očigledno različita.

Mehanističke razlike između funkcije kohezina i kondenzina ATPaze

Naša studija pokazuje da vezivanje ATP-a i hidroliza pomoću SMC2 nisu potrebni za sastavljanje holokompleksa kondenzina. Odvojena studija korišćenjem kondenzina I prečišćenog bakulovirusom takođe je otkrila da mutacije ATPaze u SMC2 ili SMC4 nisu uspele da utiču na formiranje holokompleksa in vitro (Onn et al., 2007). Nasuprot tome, vezivanje ATP-a u kohezinskoj podjedinici SMC1, ali ne i SMC3, je od suštinskog značaja za interakcije sa Scc1 i stoga za sklapanje kohezinskog kompleksa (Arumugam et al., 2003 Weitzer et al., 2003).

Takođe izveštavamo o prvoj funkcionalnoj analizi očuvane Q-petlje pronađene u svim SMC proteinima. Ovaj motiv je predložen da veže vodu i magnezijum i da se podvrgne konformacionim promenama nakon vezivanja supstrata (Hopfner et al., 2000 Hopfner i Tainer, 2003). Predloženo je da ovo deluje kao „ruka poluge“ za pretvaranje vezivanja ATP-a i hidrolize u fizičko dejstvo SMC proteina (Hopfner i Tainer, 2003). Otkrili smo da mutant Q-loop SMC2 Q147L nema uticaja na formiranje holokompleksa kondenzina, ali je ukinuo njegovu povezanost sa hromozomima. Ostaje da se utvrdi da li je ovaj mutant Q-petlje narušio funkciju ATPaze ili deluje nizvodno od ATP-a da poremeti konformacionu promenu potrebnu za punjenje kondenzina.

Za povezivanje kondenzina sa mitotičkim hromozomima in vivo potrebno je vezivanje za ATP, ali ne i hidroliza. Uprkos činjenici da su SMC2 mutanti D1113A i K38I, za koje se predviđa da blokiraju vezivanje ATP-a, u stanju da učestvuju u formiranju kondenzinskog kompleksa, kompleksi koji sadrže ove mutacije nisu uspeli da se povežu sa hromozomima. Nasuprot tome, mutant SMC2-E1114Q, za koji se predviđa da uspori brzinu hidrolize ATP-a, vezan je za hromozome na nivoima koji su uporedivi sa divljim tipom. SMC2-S1086R mutant slabije je vezao hromozome, što verovatno odražava njegovu sposobnost da vezuje, ali ne i hidrolizuje, ATP. Ovi rezultati su u skladu sa rezultatima in vitro studije o Bacillus subtillus SMC homodimeri, u kojima su mutanti u prelaznom stanju (analogno SMC2-E1114Q) omogućili detektabilno vezivanje DNK (Hirano i Hirano, 2004). Nasuprot tome, kohezinski kompleksi sa analognom mutacijom ATP hidrolize u SMC1 ili SMC3 ne uspevaju da se učitaju na hromatin (Arumugam et al., 2003).

Naše in vivo studije o funkciji kondenzina su u skladu sa nedavnim in vitro studijama iz Hirano laboratorije, koje su pokazale da prečišćeni SMC2 prolazi kroz konformacioni pomak u prisustvu ATP-a, što dovodi do sugestije da bi vezivanje ATP-a moglo otvoriti region šarke (Onn et al., 2007). Nedavne studije kohezina su pokazale da je opterećenje kompleksa na hromatin uzrokovano prolaznim otvaranjem domena šarke, i pretpostavljeno je da ova konformaciona promena može biti rezultat ili vezivanja ATP-a ili hidrolize (Gruber et al., 2006). Stoga se čini da bi aktivnost ATPaze unutar domena glave mogla preneti konformacione promene potrebne za otvaranje zglobnog regiona za SMC proteine ​​(Slika 7).

Slika 7. Hipotetički radni model za vezivanje kondenzina za hromozome koji pokazuje vezivanje ATP-a koje proizvodi konformacionu promenu koja omogućava ulazak DNK u izmenjeni region šarke. Mutacije koje blokiraju vezivanje ATP-a (K38I, D1113A) ili alosterične promene (Q147L) inhibiraju punjenje kondenzina na hromozome. Hidroliza ATP-a dovodi do odvajanja domena glave SMC2 i SMC4, omogućavajući intermolekularnu multermerizaciju između kondenzina i formiranje struktura višeg reda. Mutacije koje utiču na hidrolizu ATP (S1086R, E1114Q) dozvoljavaju kondenzinu da se poveže sa hromatinom, ali mogu uticati na svojstva multermerizacije kompleksa. Za razliku od kohezina, kondenzin ostaje povezan sa hromatinom nakon loma SMC podjedinice najverovatnije zbog jakih intermolekularnih interakcija između regiona namotanih zavojnica SMC2 i SMC4.

Bez obzira na mehanizam, ćelije koje eksprimiraju mutirane domene ATPaze u SMC2 nisu u stanju da formiraju funkcionalni kondenzinski kompleks. Iako ovde prikazani rezultati predstavljaju prvi pokušaj korišćenja genetskog pristupa razumevanju uloge funkcije kondenzin ATPaze in vivo, potreban je dalji rad za definitivnu karakterizaciju ciklusa ATPaze u prečišćenom kondenzinu.

Cepanje SMC2 ne menja povezivanje kondenzina ili vezivanje za hromozome in vitro

Jedan od ključeva za razumevanje funkcije kondenzina je da se utvrdi da li kompleks formira zatvorenu prstenastu strukturu i hvata DNK na način analogan onome koji je predložen za kohezin (Ivanov i Nasmyth, 2005). Studije elektronske mikroskopije otkrivaju da se čini da kohezinski krakovi formiraju otvorenu petlju, te su stoga topološki u poziciji da okružuju DNK, dok kondenzin pretežno formira strukturu nalik na „lizalicu“ sa krakovima čvrsto postavljenim jedan na drugi (Anderson et al., 2002). Naša zapažanja da kondenzinski kompleks ostaje uglavnom netaknut uprkos cepanju SMC2 su u skladu sa idejom da su kondenzinski krakovi postavljeni u strukturi lizalice. Naši rezultati stoga podržavaju ideju da kondenzin deluje preko mehanizma različitog od kohezina.

Po analogiji sa eksperimentima sa kohezinskom podjedinicom SMC3 (Gruber et al., 2003), izabrana su mesta cepanja koja bi razbila SMC2 u regionima smanjene sklonosti formiranju namotanih zavojnica i stoga ne bi ometala strukturu kompleksa. Međutim, ne možemo isključiti mogućnost da se interakcije između spirala SMC2 (ili sa SMC4) u namotanoj zavojnici mogu zadržati čak i nakon cepanja proteaze. Nakon in vitro cepanja SMC2 od strane PreScission proteaze, značajan deo srednjeg regiona šarke/dimerizacije mogao bi biti u velikoj meri rastvoren (Slika 5B), u skladu sa cepanjem, a ne jednostavnim „urezivanjem“ SMC2 namotane zavojnice, dok C i N domeni ostaju čvrsto povezani (Slika 5, C i D). U prethodnoj studiji kohezina, kada je cepljivi SMC3 eksprimiran i cepan in vitro na kuglicama, otpuštena je otprilike polovina domena dimerizacije, što ukazuje na uporedivo cepanje SMC proteina između dva sistema (Gruber et al., 2003.). Međutim, s obzirom na predviđenu konformaciju lizalice za holokompleks kondenzina, ne možemo reći da li cepanje unutar SMC2 namotane zavojnice u potpunosti otvara kompleks kada je kompleks vezan za hromozome.

Cepanje SMC3 oslobađa kohezinski kompleks iz hromatina i može pokrenuti početak odvajanja sestrinske hromatide, iako ne menja interakcije između SMC3, SMC1 ili Scc1 (Gruber et al., 2003.). Kada se SMC2 u prečišćenom kondenzinu cepa PreScission proteazom, čini se da kompleks ostaje netaknut bez značajnog gubitka bilo kondenzina I ili II podjedinica koje nisu SMC. Ovo je bilo tačno čak i pod strogim uslovima tandemskog prečišćavanja sa višestrukim ispiranjem u puferu koji je uključivao jonski deterdžent deoksiholat. Štaviše, kada su izolovani hromozomi tretirani PreScission proteazom, SMC2 je ostao koncentrisan duž osa hromatida uprkos tome što je kvantitativno cepan. Stoga, stabilnost i povezanost kondenzinskog kompleksa sa mitotičkim hromozomima ne zavise od integriteta SMC2 heterodimera. Nasuprot tome, asocijacija hromozoma DNK topoizomeraze IIα je specifično izmenjena nakon cepanja SMC2. Ovo pokazuje da je PreScission cepanje SMC2 zaista promenilo strukturu ili funkciju kondenzina, i sugeriše blisku povezanost Topo IIα sa kondenzinskim kompleksom u hromozomima.

Može se očekivati ​​da cepanje SMC2 namotaja oslobodi kompleks od hromatina ako kondenzin veže DNK pomoću modela „zagrljaja“ kao što je predloženo za kohezin. Međutim, neuspeh oslobađanja kompleksa iz hromozoma nakon cepanja SMC2 sugeriše da povezivanje hromozoma kondenzinom možda ne zahteva samo topološko zatvaranje kompleksa. Dakle, SMC krakovi kondenzina mogu preneti konformacione promene koje omogućavaju punjenje ili istovar kompleksa.

Do danas, jedina direktna vizualizacija kondenzina povezanog sa DNK je obezbeđena mikroskopijom atomske sile prečišćenog kompleksa fisionog kvasca (Yoshimura et al., 2002). Rad je pokazao da kondenzin leži na DNK sa svojim šarkama, ali ne i topološki obuhvatajući DNK, a u nekim slučajevima i sa glavama koje se savijaju prema DNK. Moguće je, međutim, da ove slike predstavljaju kondenzin zarobljen u stanju prethodnog opterećenja zbog ograničene biohemijske aktivnosti preparata ili odsustva faktora opterećenja (Uhlmann i Hopfner, 2006).

Način na koji kondenzin interaguje sa DNK stoga ostaje otvoreno pitanje. Naši in vivo podaci su pokazali značaj ATPaze ciklusa kondenzina u regulisanju ovog procesa. Zajedno, naš rad i rad drugih su poslužili da se istakne SMC paradoks u kojem izgleda da izuzetno slični proteini koji formiraju veoma analogne komplekse funkcionišu različitim mehanizmima.


Međunarodni pregled ćelijske i molekularne biologije

2.3 Stanje hromatina

Pored količine DNK, zbijanje hromatina je još jedna karakteristika koja potencijalno utiče na veličinu i morfologiju jezgre. Veliki broj proteina za koje je poznato da stupaju u interakciju sa hromatinom i modifikuju ga, komplikuje ovo pitanje (Kustatscher et al., 2014), iako su se pojavile uloge kondenzina i histona. Na primer, povećanje zbijanja hromatina posredovano kondenzinom II u Drosophila izazvalo izobličenje morfologije NE (Buster et al., 2013). Analiza 160 eukariotskih genoma je pokazala da kako se veličina genoma povećavala tokom evolucije, amino terminus histona H2A je stekao ostatke arginina koji daju povećano zbijanje hromatina. Dodavanje ostataka arginina u kvasac H2A dovelo je do povećanog zbijanja hromatina i smanjenja nuklearnog volumena, dok su mutirajući ostaci arginina u humanoj H2A doveli do dekompaktacije hromatina i povećanja veličine jezgre (Macadangdang et al., 2014).

Vredi napomenuti da zbijanje hromatina takođe može indirektno uticati na veličinu jezgre. Ćelije kvasca povećavaju zbijanje dugih krakova hromozoma tokom mitoze kako bi se osigurala potpuna segregacija hromozoma (Neurohr et al., 2011), dok Drosophila ćelije se prolazno izdužuju tokom anafaze (Kotadia et al., 2012). U oba slučaja, ovo može uticati na veličinu jezgre u sledećoj interfazi. Pokazalo se da status metilacije histona H3 diktira regione hromatina koji se povezuju sa nuklearnom laminom, takozvani domeni povezani sa laminom (LAD) (Harr et al., 2015), a određene dugačke nekodirajuće RNK regulišu metilaciju histona (Wang et al., 2011b). Organizacija hromatina može, zauzvrat, uticati na veličinu jezgra. Takođe pogledajte odeljke 3.1, 3.2, 3.4, 3.7, 3.8, 4.1 i 4.3.


Подршка информације

S1 Slika Kondenzin I utiče na lokalizaciju kohezina pri ulasku u mejozu.

(A) Imunofluorescentne slike COH-3/4 i REC-8 bojenja u mitotičkom vrhu (MT) i prelaznoj zoni (TZ) divljeg tipa i dpy-28 mutantne muške zametne linije tretirane kontrolnim vektorom ili wapl-1 RNAi. COH-3/4 se ne može detektovati u MT, i prvo se pojavljuje na hromozomima u TZ. Intenzitet bojenja je smanjen u TZ in dpy-28 mutanti. REC-8 je nukleoplazmatski u MT i pojavljuje se kao dugačke niti na hromozomima u TZ. Ин dpy-28 mutanti, obrasci lokalizacije su nepromenjeni u MT, ali je intenzitet bojenja smanjen u TZ. wapl-1 RNAi vraća intenzitet bojenja kohezinom na nivoe blizu divljeg tipa. Skala traka, 5 μm (B) Metafaza I stadijum kod divljeg tipa i dpy-28 mužjaci mutanti. REC-8 i COH-3/4 su prikazani zelenom bojom. Intenzitet bojenja kohezinom i lokalizacija izgledaju slični kod divljeg tipa i mutanta, sa COH-3/4 obogaćenim između uparenih homologa (strelice). Skala traka, 1 μm.

S2 Sl. Lokalizacija kohezina i SC u depleciji kondenzina I i mutantima kondenzina II.

(A) Imunofluorescentne slike bojenja REC-8 i COH-3/4 u jezgrima ranog pahitena (EP) i kasnog pahitena (LP) rrf-1 hermafroditi tretirani kontrolnim vektorom ili capg-1 RNAi. Hromozomska povezanost REC-8 i COH3/4 je smanjena nakon iscrpljivanja CAPG-1. (B) Kontrolni eksperiment koji pokazuje nedostatak bojenja COH-3/4 coh-4 coh-3 mutanti i nedostatak bojenja REC-8 u rec-8 mutanti. (C) Slike pojedinačnih bivalenta (upareni homolozi) na dijakinezi u rrf-1 hermafroditi. COH-3/4 (zeleno) je obogaćen na kratkom kraku bivalenta (između homologa, strelice). i REC-8 (zeleno) je u početku vidljivo na obe ruke, ali je na kraju više istaknuto na dugoj ruci (između sestara, strelice). Obrasci bojenja su uporedivi u kontroli i u capg-1 (RNAi). (D) Imunofluorescentne slike gonada iz kontrole i capg-2 Crvi tretirani RNAi obojeni antitelima specifičnim za SYP-1 (crveno) i COH-3/4 (zeleno) sa leve strane i HTP-3 (crveno) i REC-8 (zeleno) sa desne strane. DNK je obojena DAPI (plavo). Smanjenje CAPG-2 nije poremetilo lokalizaciju kohezina ili SC. Skala trake, 5 μm u A, B i D, i 1 μm u C.

S3 Slika. Dvolančana popravka prekida DNK i apoptoza u zametnim linijama osiromašenim kondenzinom I.

(A) Imunofluorescentne slike divljeg tipa mužjaka i dpy-28(tm3535) muške gonade obojene antitelima specifičnim za marker razbijanja dvolančanih DNK RAD-51. Skala bar, 5 μm. (B) Kvantifikacija žarišta RAD-51 u različitim zonama muške zametne linije. Ин dpy-28 mutanti, broj žarišta se povećava, posebno u ranom pahitenu (EP) i srednjem pahitenu (MP). Do kasne pahitene, prekidi se rešavaju u oba genotipa. Broj analiziranih jezgara i p vrednosti su prikazani u S1 tabeli. (C) Kvantifikacija apoptotičkih jezgara u hermafroditima koji eksprimiraju marker apoptoze CED-1::GFP, tretiranih kontrolnim vektorom ili capg-1 RNAi. Prikazan je ukupan broj apoptotičkih tela po kraku gonade. Apoptoza zametne linije se povećava posle capg-1 RNAi. *** označava statističku značajnost (p<0,001) dvostranim neuparenim t-testom.

S4 Slika SYP-1 agregati su uočeni u htp-3 mutanti.

Imunofluorescentne slike divljeg tipa i htp-3 mutantne hermafroditne gonade obojene SYP-1 antitelima. SYP-1 formira dugačke tragove duž hromozoma kod crva divljeg tipa, ali je prisutan u agregatima u htp-3 mutanti.

S1 Table. Numerički i statistički podaci.

Numerički podaci koji su u osnovi grafikona i zbirne statistike.


Strukturna osnova za formiranje dimera ljudskog kondenzina Održavanje strukture hromozomskih proteina i njegove implikacije za prepoznavanje jednolančane DNK

Eukariotsko strukturno održavanje hromozomskih proteina (SMC) su glavne komponente kohezina i kondenzina koji regulišu strukturu i dinamiku hromozoma tokom ćelijskog ciklusa. Ovde određujemo kristalnu strukturu ljudskog kondenzina SMC šarke heterodimera sa

30 ostataka namotanih namotaja. Struktura, u kombinaciji sa analizama masene spektrometrije izmene vodonika, otkrila je strukturnu osnovu za formiranje specifičnog heterodimera eukariotskog SMC-a i da namotani namotaji iz dve različite šarke strše u istom smeru, obezbeđujući jedinstvenu vezujuću površinu pogodnu za vezivanje sa pojedinačnim -lančana DNK. Karakteristični profili razmene vodonika peptida sačinjavali su regione posebno preko interfejsa dimerizacije šarke i šarke, što dalje ukazuje na strukturne promene nakon vezivanja jednolančane DNK i prisustvo poluotvorenog stanja heterodimera šarke. Ova strukturna promena potencijalno se odnosi na mehanizam učitavanja DNK SMC, u kojem domen šarke funkcioniše kao ulazna kapija kao što je ranije predloženo za kohezin. Naši rezultati su, međutim, pokazali da to nije slučaj za kondenzine na osnovu činjenice da namotani namotaji i dalje međusobno deluju, čak i kada vezivanje DNK izaziva strukturne promene u regionu šarke, sugerišući funkcionalne razlike domena šarke SMC između kondenzina i kohezina u prepoznavanju DNK.

Кључне речи: analitička ultracentrifugacija struktura hromatina hromozomi kristalna struktura razmena vodonika masena spektrometrija izotermna titraciona kalorimetrija (ITC) interakcija protein-DNK.

© 2015 od Američkog društva za biohemiju i molekularnu biologiju, Inc.


Poglavlje 10: Kako se ćelije dele

Broj hromozoma varira među različitim vrstama - ljudi imaju 46 hromozoma, koji se sastoje od 23 skoro identična para.

Svakih 200 nukleotida, DNK dupleks se namota oko jezgra od 8 HISTONSKIH PROTEINA - pozitivno naelektrisanih proteina zbog obilja aminokiselina arginina i lizina.

Kompleks DNK i histonskih proteina naziva se NUKLEOZOM.

DNK umotana u nukleozome dalje je umotana u još kompaktniju strukturu koja se zove SOLENOID - vlakno od 30 nm. Ovo je uobičajeno stanje hromatina koji se ne deli.

After replication, each chromosome is composed of two identical DNA molecules held together by a complex of proteins called COHESINS (complex of proteins holding replicated chromosomes together).

1. G1 (gap phase 1) the primary growth phase of the cell. The term gap phase refers to its filling the gap between cytokinesis and DNA synthesis. For most cells, this is the longest phase.

2. S (synthesis) is the phase in which the cell synthesizes a replica of the genome. (DNA replication)

3. G2 (gap phase 2) is the second growth phase, and preparation for separation of the newly replicated genome. This phase fills the gap between DNA synthesis and the beginning of mitosis. During this phase microtubules begin to reorganize to form a spindle. Chromosomes condense.

* G1, S, and G2 together constitute INTERPHASE, the portion of the cell cycle between divisions.

4. MITOSIS is the phase of the cell cycle in which the spindle apparatus assembles, binds to the chromosomes, and moves the sister chromatids apart. Mitosis is the essential step in separation of the two daughter genomes. It is traditionally subdivided into five stages: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase.

5. CYTOKINESIS is the phase of the cell cycle when the cytoplasm divides, creating two daughter cells. In animal cells, the microtubule spindle helps position a contracting ring of actin that constricts like a drawstring to pinch the cell in two. In cells with a cell wall, such as plant cells, a plate forms between the dividing cells.

* Mitosis and cytokinesis together are usually referred to collectively as M phase, to distinguish the dividing phase from interphase.


Pogledajte video: Biology: Cell Structure I Nucleus Medical Media (Јануар 2023).