Kondensin

Kondensiny  jsou velké proteinové komplexy, které hrají hlavní roli v segregaci chromozomů během mitózy a meiózy [1] [2] .

Složení podjednotky

Eukaryotické kondensiny

Většina eukaryotických buněk má dva druhy kondenzinových komplexů nazývaných condensin I a condensin II . Každá z nich se skládá z pěti podjednotek [3] [4] . Kondensiny I a II sdílejí pár podjednotek, SMC2 a SMC4, které patří do velké rodiny chromozomálních ATPáz známých jako SMC proteiny ( Structural Maintenance of Chromosomes ) .  Každý z těchto komplexů obsahuje specifickou sadu regulačních podjednotek (Claisinovu podjednotku [5] a pár podjednotek s HEAT repeticemi [6] ). Nematoda Caenorhabditis elegans má třetí kondenzinový komplex (příbuzný kondenzinu I), který se podílí na kompenzaci dávkování [7] . Tento komplex se nazývá kondenzin I DC a podjednotka SMC4 je v něm nahrazena podobným proteinem, DPY-27.

Struktura a funkce kondenzinu I se nemění od kvasinek k lidskému, ale kvasinky nemají kondenzin II [8] [9] . Zdá se, že neexistuje žádný vztah mezi přítomností kondenzinu II v eukaryotickém organismu a velikostí jeho genomu. Naproti tomu primitivní červená řasa Cyanidioschyzon merolae má kondenziny I a II, i když velikost jejího genomu je malá i ve srovnání s kvasinkami [10] .

Prokaryotické kondenziny

Prokaryota mají komplexy podobné kondenzinu, které také zajišťují organizaci a segregaci chromozomů. Prokaryotické kondenziny lze rozdělit do dvou typů: SMC-ScpAB [11] a MukBEF [12] . Většina druhů eubakterií a archaea má kondenziny SMC-ScpAB, zatímco γ-proteobakterie mají kondenziny MukBEF.

Mechanismus účinku

Jediný kondenzinový kruh obklopuje dvě oblasti dvouvláknové DNA a je pak uzavřen dalšími podjednotkami, které nejsou SMC. Tyto proteiny tedy zajišťují kondenzaci chromatinu, tvorbu smyček a správné skládání DNA v chromatidě.

Aktivita

Purifikovaný kondenzin I využívá energii ATP k vytvoření pozitivních supercoilů na DNA [13] . Vykazuje DNA-dependentní ATPázovou aktivitu in vitro . Dimer SMC2-SMC4 je schopen renaturovat komplementární jednovláknovou DNA [14] . Pro tuto činnost nepotřebuje ATP.

Struktura

SMC dimery, které jsou centrálními podjednotkami kondenzinů, mají jedinečný tvar V [15] . Tato forma byla stanovena v kondenzinu I pomocí elektronové mikroskopie [16] .

Funkce v mitóze

V kultivovaných lidských buňkách se komplexy kondenzinu I a II během buněčného cyklu chovají odlišně [17] [18] . Během interfáze sídlí kondenzin II v jádře a účastní se počátečních fází kondenzace chromozomů během profáze . Kondensin I se naopak nachází v cytoplazmě během interfáze , do chromozomů se dostává až po zániku jaderné membrány na konci profáze. Během prometafáze a metafáze se oba kondenziny podílejí na kondenzaci chromozomů, v důsledku čehož se plně tvoří sesterské chromatidy [4] . Zdá se, že oba komplexy zůstávají spojeny s chromozomy i poté, co se sesterské chromatidy oddělí v anafázi. Alespoň jedna podjednotka kondenzinu I interaguje přímo s cyklin-dependentní kinázou (Cdk) [19] .

Další vlastnosti

Nedávné studie ukázaly, že kondenziny se podílejí na široké škále procesů probíhajících v chromozomech mimo mitózu a meiózu. Například u pučících kvasinek pomáhá kondenzin I (jediný kondenzin tohoto organismu) při regulaci počtu kopií tandemových repetic ribozomální DNA [20] a také při shlukování genů tRNA [21] . U Drosophila se podjednotky kondenzinu II podílejí na rozpouštění polytenových chromozomů [22] a tvorbě chromozomového území [23] v sesterských buňkách. Existují také důkazy, že jsou downregulovány během genetické transvekce diploidních buněk. U A. thaliana je kondenzin II nutný pro rozvoj rostlinné rezistence vůči bóru , což může zabránit poškození DNA [24] . Bylo prokázáno, že v lidských buňkách kondenzin II iniciuje děje spojené se separací sesterských chromatid v mitóze již během S-fáze mitotického cyklu [25] .

Příbuzné proteiny

V eukaryotických buňkách existují dvě další třídy proteinových komplexů SMC , jsou to koheziny , které obsahují SMC1 a SMC3 a podílejí se na vazbě sesterských chromatid , a také komplex SMC5/6, který obsahuje SMC5 a SMC6. podílející se na rekombinační opravě.

Viz také

• Cohesin
• SMC proteiny

Poznámky

1. ↑ Hirano T. Kondensiny: univerzální organizátoři chromozomů s různými funkcemi  // Genes Dev  : journal  . - 2012. - Sv. 26 , č. 15 . - S. 1659-1678 . doi : 10.1101 / gad.194746.112 . — PMID 22855829 .
2. ↑ Wood AJ, Severson AF, Meyer BJ Kondensin a komplexnost kohezinu: rozšiřující se repertoár funkcí  // Nat Rev Genet  : journal  . - 2010. - Sv. 11 , č. 6 . - S. 391-404 . doi : 10.1038 / nrg2794 . — PMID 20442714 .
3. ↑ Hirano T., Kobayashi R., Hirano M. kondenziny, kondenzace chromozomového komplexu obsahující XCAP-C, XCAP-E a Xenopus homolog proteinu Drosophila Barren  // Cell  :  journal. - Cell Press , 1997. - Vol. 89 , č. 4 . - str. 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. Diferenciální příspěvky kondenzinu I a kondenzinu II k architektuře mitotických chromozomů v buňkách obratlovců  (anglicky)  // Cell  : journal. - Cell Press , 2003. - Vol. 115 , č. 1 . - str. 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: superrodina bakteriálních a eukaryotických proteinových partnerů SMC   // Mol . buňka : deník. - 2003. - Sv. 11 , č. 3 . - str. 571-575 . - doi : 10.1016/S1097-2765(03)00108-4 . — PMID 12667442 .
6. ↑ Neuwald AF, Hirano T. HEAT repetice spojené s kondensiny, koheziny a dalšími komplexy zapojenými do funkcí souvisejících s chromozomy  // Genome Res  . : deník. - 2000. - Sv. 10 , č. 10 . - S. 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. Tři odlišné kondenzinové komplexy řídí dynamiku chromozomů C. elegans  (anglicky)  // Curr. Biol.  : deník. - 2009. - Sv. 19 , č. 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. Štěpný kvasinkový kondenzační komplex: základní role podjednotek jiných než SMC pro kondenzaci a fosforylaci Cdc2 Cut3/   SMC4 / Genes Dev.  : deník. - 1999. - Sv. 13 , č. 17 . - str. 2271-2283 . - doi : 10.1101/gad.13.17.2271 . — PMID 10485849 .
9. ↑ Freeman L., Aragon-Alcaide L., Strunnikov A. Kondensinový komplex řídí kondenzaci chromozomů a mitotický přenos rDNA  //  J. Cell Biol. : deník. - 2000. - Sv. 149 , č. 4 . - S. 811-824 . doi : 10.1083 / jcb.149.4.811 . — PMID 10811823 .
10. ↑ Fujiwara T., Tanaka K., Kuroiwa T., Hirano T. Časoprostorová dynamika kondenzinů I a II: evoluční poznatky z primitivní červené řasy Cyanidioschyzon merolae   // Mol . Biol. buňka. : deník. - 2013. - Sv. 24 , č. 16 . - S. 2515-2527 . - doi : 10.1091/mbc.E13-04-0208 . — PMID 23783031 .
11. ↑ Mascarenhas J., Soppa J., Strunnikov A.V., Graumann P.L. Lokalizace dvou nových prokaryotických chromozomových segregačních a kondenzačních proteinů v Bacillus subtilis závislá na buněčném cyklu, které interagují s proteinem SMC  // EMBO  J. : deník. - 2002. - Sv. 21 , č. 12 . - str. 3108-3118 . - doi : 10.1093/emboj/cdf314 . — PMID 12065423 .
12. ↑ Yamazoe M., Onogi T., Sunako Y., Niki H., Yamanaka K., Ichimura T., Hiraga S. Komplexní tvorba proteinů MukB,  MukE a MukF zapojených do dělení chromozomů v Escherichia coli  // EMBO J. : deník. - 1999. - Sv. 18 , č. 21 . - S. 5873-5884 . - doi : 10.1093/emboj/18.21.5873 . — PMID 10545099 .
13. ↑ Kimura K., Hirano T. ATP-dependentní pozitivní supercoiling DNA kondenzinem 13S: biochemická implikace pro kondenzaci chromozomů  // Cell  :  journal. - Cell Press , 1997. - Vol. 90 , č. 4 . - str. 625-634 . - doi : 10.1016/s0092-8674(00)80524-3 . — PMID 9288743 .
14. ↑ Sutani T., Yanagida M. Aktivita renaturace DNA komplexu SMC zapojená do kondenzace chromozomů  //  Nature : journal. - 1997. - Sv. 388 , č.p. 6644 . - S. 798-801 . - doi : 10.1038/42062 . — PMID 9285594 .
15. ↑ Melby TE, Ciampaglio CN, Briscoe G., Erickson HP. Symetrická struktura strukturního udržování chromozomů (SMC) a MukB proteinů: dlouhé, antiparalelní coiled coils, složené na flexibilním pantu  //  J. Cell Biol. : deník. - 1998. - Sv. 142 , č. 6 . - S. 1595-1604 . - doi : 10.1083/jcb.142.6.1595 . — PMID 9744887 .
16. ↑ Anderson DE, Losada A., Erickson HP, Hirano T. Kondensin a kohezin vykazují různé konformace ramen s charakteristickými úhly závěsu  //  J. Cell Biol. : deník. - 2002. - Sv. 156 , č.p. 6 . - str. 419-424 . - doi : 10.1083/jcb.200111002 . — PMID 11815634 .
17. ↑ Ono T., Fang Y., Spector DL, Hirano T. Prostorová a časová regulace kondenzinů I a II v sestavování mitotických chromozomů v lidských buňkách  // Molecular Biology of the Cell  : časopis  . - 2004. - Sv. 15 , č. 7 . - str. 3296-3308 . - doi : 10.1091/mbc.E04-03-0242 . — PMID 15146063 .
18. ↑ Hirota T., Gerlich D., Koch B., Ellenberg J., Peters JM Odlišné funkce kondenzinu I a II při sestavování mitotických chromozomů  //  Journal of Cell Science : deník. — Společnost biologů, 2004. - Sv. 117 , č. Pt 26 . - S. 6435-6445 . - doi : 10.1242/jcs.01604 . — PMID 15572404 .
19. ↑ Kimura K., Hirano M., Kobayashi R., Hirano T. Fosforylace a aktivace 13S kondenzinu pomocí Cdc2 in vitro  //  Science : journal. - 1998. - Sv. 282 , č.p. 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 naložený na bariérové ​​místo replikační vidlice v repeticích genu rRNA během S fáze způsobem závislým na FOB1, aby se zabránilo kontrakci dlouhého opakujícího se pole u Saccharomyces cerevisiae. (anglicky)  // Mol Cell Biol. : deník. - 2006. - Sv. 26 , č. 6 . - str. 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 Shlukování kvasinkových genů tRNA je zprostředkováno specifickou asociací kondenzinu s transkripčními komplexy genu tRNA. (anglicky)  // Genes Dev.  : deník. - 2008. - Sv. 22 , č. 16 . - S. 2204-2214 . - doi : 10.1101/gad.1675908 . — PMID 18708579 .
22. ↑ Hartl TA, Smith HF, Bosco G. Zarovnání chromozomů a transvekce jsou antagonizovány kondenzinem II. (anglicky)  // Science: journal. - 2008. - Sv. 322 , č.p. 5906 . - S. 1384-1387 . - doi : 10.1126/science.1164216 . — PMID 19039137 .
23. ↑ Bauer CR, Hartl TA, Bosco G. Kondensin II podporuje tvorbu chromozomových teritorií indukcí axiálního zhutnění polyploidních interfázových chromozomů. (anglicky)  // PLoS Genet : deník. - 2012. - Sv. 8 , č. 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. Kondensin II zmírňuje poškození DNA a je nezbytný pro toleranci stresu z přetížení bórem v Arabidopsis. (anglicky)  // Plant cell : journal. - 2011. - Sv. 23 , č. 9 . - S. 3533-3546 . - doi : 10.1105/tpc.111.086314 . — PMID 21917552 .
25. ↑ Ono T., Yamashita D., Hirano T. Kondensin II iniciuje rozlišení sesterských chromatid během S fáze  //  J. Cell Biol. : deník. - 2013. - Sv. 200 , č. 4 . - str. 429-441 . - doi : 10.1083/jcb.201208008 . — PMID 23401001 .

Externí odkazy

• MeSH kondenzin

buněčného jádra
Nukleární membrána / Nuclear lamina	Jaderné póry : Nukleoporiny ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 160 NUP NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
jadérko	Perinukleolární kompartment ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
jiný	těla PML Paraspeckles Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 cívka ) SMC proteiny Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) Oprava DNA ( SMC5 SMC6 ) Přechodné jaderné proteiny TNP1 TNP2 Chromatin jaderná matrice Nukleoplazma Nucleosol