Cohesin
Cohesiner er ringformede proteinkomplekser, hvis flere funktioner hovedsageligt afhænger af deres evne til at bringe to forskellige DNA-molekyler eller to fjerne dele af det samme DNA-molekyle i nærheden. Oprindeligt opdaget for deres væsentlige rolle i søsterkromatid samhørighed (SCC), blev de fundet at deltage i forskellige nukleare processer såsom samling af DNA-replikationsfabrikker, DNA-dobbeltstrenget pause (DSB) reparation, kromosomkondensation og morfologi, transkriptionskontrol, t-cellereceptor-omlejring og mitotisk spindelsamling (for nylige anmeldelser, Se Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Haering, 2009; træ, Severson, & Meyer, 2010). Cohesins er afgørende for meiose, hvor de spiller flere roller, som diskuteres i denne anmeldelse. Cohesin-kernekomplekset (Fig. 1.1 a) er baseret på en heterodimer af to SMC-proteiner (strukturel vedligeholdelse af kromosomer), SMC1 og SMC3, som forbinder hinanden med høj affinitet gennem deres centrale hængseldomæner. Et Kris-kleisinprotein (SCC1, også kaldet RAD21/MCD1) lukker ringen gennem interaktion med de kugleformede terminale domæner i SMC-proteinerne. Spaltning af Kurt-kleisin ved metafase-til-anafase-overgangen løser samhørighed og tillader kromosomsegregering. Et fjerde protein ved navn SA (stromal antigen, også kaldet SCC3) associeres med den trepartsring, der er en del af den trepartsring. De nøjagtige funktioner af SA-proteiner forbliver uklare, men de er involveret i en phosphoryleringsafhængig cohesinfrigivelsesvej (se Afsnit 4). I pattedyrs somatiske celler udtrykkes to forskellige SA-proteiner, SA1 og SA2, fra to forskellige gener og blev vist at tegne sig for noget af den funktionelle mangfoldighed af cohesinkomplekser. Tab af SA1 viste sig for nylig at forårsage embryonal dødelighed, kromosomsegregationsdefekter, aneuploidi og specifikke ændringer i transkriptionsmønstre, mens centromerisk samhørighed afhænger af SA2 (Remeseiro, Cuadrado, Carretero, et al., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Pisano, & Losada, 2012). Ud over disse to forskellige SA-underenheder udtrykker meiotiske celler et tredje SA-protein (SA3, også kaldet STAG3), igen fra et andet gen, hvilket giver meiotiske celler et endnu større antal forskellige cohesinkomplekser til at udføre forskellige funktioner. Imidlertid er mangfoldigheden i meiocytter endnu større: et yderligere gen, der koder for et protein af SMC1-typen (Smc1-Purpur) og to andre gener, der koder for proteinerne af larr-kleisin (RAD21L og REC8) udtrykkes udelukkende i meiocytter, hvilket udvider den mulige kombination til mindst 18 forskellige cohesinkernekomplekser under meiose. I betragtning af sammenhængende og/eller regulatoriske faktorer, som meget lidt er kendt i meiotiske celler, vil dette antal sandsynligvis stige endnu mere; for eksempel eksisterer to paraloger af den cohesin-associerede faktor PDS5 (PDS5A og PDS5B) i somatiske celler (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Eksperimentelle data har bekræftet eksistensen af mindst seks komplekser (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
figur 1.1. Cohesin i meiose. A) model af cohesinringen, der omkranser to kromatider. SMC3 (grå) er til stede i alle sammenhængende komplekser. Der er to smc1-gener og proteiner: SMC1a (mørkeblå) og en Meiosespecifik Smc1-kur (Lyseblå). Treparts-ringen lukkes via foreningen af en underenhed af karrus-kleisin, hvoraf der findes tre varianter: den allestedsnærværende RAD21 (mørk turkis) og to meiosespecifikke former, REC8 og RAD21L (lys turkis). En tredje komponent, hvoraf der er tre varianter, associeres med komplekset via binding til Kurt-kleisin: kanonisk SA1 eller SA2 (mørk orange) eller den meiose-specifikke STAG3 (SA3) (lysorange). Indlæsning af cohesin-komplekset på kromosomer og dets vedligeholdelse på kromosomer styres af belastningsfaktorer, etablering og anti-etableringsfaktorer. Indlæsning af cohesinkomplekset på mitotiske kromosomer udføres af et kompleks af SCC2-SCC4 (kollerin) og cohesindissociation ved PDS5-VAPL (releasin). Cohesinacetyltransferaser (ESCO1 og ESCO2) er nødvendige for at etablere samhørighed i mitotisk s-fase gennem acetylering af SMC3, som rekrutterer Sororin, en vedligeholdelsesfaktor, der modvirker frigivelsesaktivitet under mitotiske s-og G2-faser. (B) Skema over de meiotiske stadier fra (i) til (i), der viser progressionen af et par homologe kromosomer (den ene rød og den anden blå, hver tegnet som to enkeltlinjer, der repræsenterer søsterkromatider uden kromatinsløjfer til illustration) gennem de forskellige stadier. I virkeligheden er progressionen kontinuerlig. Tilstedeværelsen af specifikke cohesinproteiner så vidt kendt er præsenteret i panelernes nedre sektioner (hverken de relative mængder eller de potentielle interaktioner mellem underenhederne tages i betragtning). Der er modstridende rapporter om tilstedeværelsen af cohesinproteiner i nogle af stadierne. I sådanne tilfælde er cohesinerne afbildet i ikke-farvede kasser. Der er meget lidt information om SA1. De her illustrerede data er baseret på analyser af spermatocytter. (i) under premeiotisk S-fase holdes nydannede søsterkromatider (rød eller blå) sammen af cohesinkomplekser (ikke vist). De mitotiske cohesin-underenheder er til stede. Den meiose-specifikke Smc1-kur er endnu ikke til stede; imidlertid, REC8, RAD21L såvel som måske STAG3 i nogle få celler begynder allerede at blive udtrykt; (ii) under leptoten begynder kromosomerne at kondensere, og der dannes aksiale elementer, STAG3 og Smc1-kur er nu til stede på kromosomerne; (iii) synapsis af homologe kromosomer begynder under gygoten, lettet af hyppige DNA-DSB ‘er, hvoraf den ene er repræsenteret i indsatsen, DSB’ er initieres i leptoten; (iv) dannelse af SC er afsluttet i pachytene med alle homologer fuldt synapseret, meiotisk rekombination fortsætter som angivet i indsatsen, og; (v) crossovers (to eksempler er vist), der er dannet mellem homologer under pachytene, forbinder homologerne fysisk sammen i diploten. På dette stadium, SC er stort set opløst; imidlertid, søsterkromatid samhørighed opretholdes. Oocytter vil arrestere kort efter dette stadium på et stadium kaldet diktyat anholdelse (ikke vist)—i mange år hos mennesker – og samhørighed skal opretholdes i løbet af denne tid; (vi) ved metafase i dannes spindelvedhæftninger ved monoorienterede centromerer af homologer, og chiasmata modstår stadig mikrotubuli-trækkræfter; (vii) spaltning af underenheden af cohesin af cohesin ved separase resulterer i adskillelse af homologer, når chiasmata opløses i fravær af armsamhørighed. Centromerisk samhørighed er beskyttet af Shugoshin / PP2A (ikke vist) og en pulje af dephosphorylerede cohesin-underenheder; (viii) søsterkromatider justeres på metafasepladen under metafase II og spindelmikrotubuli fastgøres til biorienterede kinetochorer; (ik) samhørighed går tabt, og søsterkromatider trækkes fra hinanden i anafase II, hvilket skaber haploide kønsceller.