Конденсин
Конденсины — большие белковые комплексы, которые играют главную роль в расхождении хромосом во время митоза и мейоза.
Содержание
Субъединичный состав
Эукариотические конденсины
Большинство эукариотических клеток имеют два вида конденсиновых комплексов, которые называются конденсин I и конденсин II. Каждый из них состоит из пяти субъединиц. Конденсины I и II имеют общую пару субъединиц, SMC2 и SMC4, которые принадлежат к большому семейству хромосомных АТФаз, известному как SMC-белки (англ. Structural Maintenance of Chromosomes). Каждый из этих комплексов содержит определённый набор регуляторных субъединиц (кляйзиновую субъединицу и пару субъединиц с HEAT-повторами). У нематоды Caenorhabditis elegans есть третий конденсиновый комплекс (родственный конденсину I), который участвует в дозовой компенсации. Этот комплекс называется конденсин IDC, и в нём субъединица SMC4 заменена на схожий белок DPY-27.
| Комплекс | Субъединица | Класс | S. cerevisiae | S. pombe | C. elegans | D. melanogaster | Позвоночные (гены человека) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| конденсин I и II | SMC2 | АТФаза | Smc2 | Cut14 | MIX-1 | DmSmc2 | CAP-E (SMC2) |
| конденсин I и II | SMC4 | АТФаза | Smc4 | Cut3 | SMC-4 | DmSmc4 | CAP-C (SMC4) |
| конденсин I | CAP-D2 | HEAT | Ycs4 | Cnd1 | DPY-28 | CG1911 | CAP-D2 (NCAPD2) |
| конденсин I | CAP-G | HEAT | Ycg1 | Cnd3 | CAP-G1 | cap-g | CAP-G (NCAPG) |
| конденсин I | CAP-H | kleisin | Brn1 | Cnd2 | DPY-26 | barren | CAP-H (NCAPH) |
| конденсин II | CAP-D3 | HEAT | - | - | HCP-6 | CG31989 | CAP-D3 (NCAPD3) |
| конденсин II | CAP-G2 | HEAT | - | - | CAP-G2 | -? | CAP-G2 (NCAPG2) |
| конденсин II | CAP-H2 | kleisin | - | - | KLE-2 | CG14685 | CAP-H2 (NCAPH2) |
| конденсин IDC | DPY-27 | АТФаза | - | - | DPY-27 | - | - |
Структура и функции конденсина I неизменны от дрожжей к человеку, но у дрожжей нет конденсина II. По всей видимости нет никакой связи между наличием у эукариотического организма конденсина II и размером его генома. Напротив, у примитивной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae есть конденсины I и II, хотя размер её генома мал даже по сравнению с дрожжами.
Прокариотические конденсины
У прокариот есть конденсин-подобные комплексы, которые также обеспечивают организацию и расхождение хромосом. Прокариотические конденсины можно разделить на два типа: SMC-ScpAB и MukBEF. У большинства видов эубактерий и архей присутствуют конденсины SMC-ScpAB, а у γ-протеобактерий — MukBEF.
| Комплекс | Субъединица | Классификация | B. subtilis | Caulobacter | E.coli |
|---|---|---|---|---|---|
| SMC-ScpAB | SMC | АТФаза | SMC/BsSMC | SMC | - |
| SMC-ScpAB | ScpA | kleisin | ScpA | ScpA | - |
| SMC-ScpAB | ScpB | winged-helix | ScpB | ScpB | - |
| MukBEF | MukB | АТФаза | - | - | MukB |
| MukBEF | MukE | ? | - | - | MukE |
| MukBEF | MukF | kleisin | - | - | MukF |
Механизм действия
Одиночное конденсиновое кольцо окружает два участка двухцепочечной ДНК, а затем замыкается при помощи дополнительных не SMC субъединиц. Таким образом эти белки обеспечивают конденсацию хроматина, образование петель и правильную укладку ДНК в хроматиде.
Активность
Очиненный конденсин I использует энергию АТФ, что бы создавать на ДНК положительные супервитки. Он проявляет ДНК-зависимую АТФазную активность in vitro. Димер SMC2-SMC4 способен ренатурировать комплементарную одноцепочечную ДНК. Для этой активности ему не требуется АТФ.
Структура
Димеры SMC, которые являются центральными субъединицами конденсинов, имеют уникальную V-образную форму. Такую форму удалось определить у конденсина I с помощью электронной микроскопии.
Функции в митозе
В культивируемых клетках человека конденсиновые комплексы I и II неодинаково ведут себя в процессе прохождения клеточного цикла. В течение интерфазы конденсин II находится в ядре и принимает участие в начальных стадиях конденсации хромосом во время профазы. Конденсин I, напротив, в течение интерфазы находится в цитоплазме, попадает к хромосомам только после исчезновения ядерной оболочки в конце профазы. В течение прометафазы и метафазы, оба конденсина участвуют в конденсации хромосом, в результате которой сестринские хроматиды полностью оформляются. Оба комплекса, по-видимому, остаются связанными с хромосомами даже после расхождения сестринских хроматид в анафазе. По крайней мере, одна субъединица конденсина I напрямую взаимодействует с циклин-зависимой киназой (Cdk).
Другие функции
Недавние исследования показали, что конденсины участвуют в широком спектре процессов, происходящих в хромосомах вне митоза и мейоза. У почкующихся дрожжей, например, конденсин I (единственный конденсин этого организма) помогает в регуляции числа копий тандемных повторов рибосомной ДНК, а также в кластеризации генов тРНК. У дрозофилы субъединицы конденсина II участвуют в растворении политенных хромосом и формировании хромосомной территории в питающих клетках. Также существуют доказательства, что они осуществляют негативную регуляцию при генетической трансвекции диплоидных клеток. У A. thaliana конденсин II необходим для формирования устойчивости растения к бору, возможно, он предотвращает повреждение ДНК. Было показано, что в клетках человека конденсин II инициирует события, связанные с расхождением сестринских хроматид в митозе, уже во время S-фазы митотического цикла.
Родственные белки
В клетках эукариот есть два дополнительных класса комплексов из SMC-белков, это когезины, которые содержат SMC1 и SMC3 и участвуют в связывании сестринских хроматид, а также комплекс SMC5/6, который содержит SMC5 и SMC6, он участвует в рекомбинационной репарации.
