Cohesin
Cohesins jsou ve tvaru kroužku proteinové komplexy, jejichž více funkcí závisí především na jejich schopnost přinést dvě různé molekuly DNA nebo dvě vzdálené části stejné molekuly DNA v těsné blízkosti. Původně objevila na jejich zásadní roli v sesterských chromatid soudržnosti (SCC), bylo zjištěno, že k účasti v různých jaderných procesů jako je montáž replikace DNA továrny, DNA, double-pletl break (DSB) opravy, chromozomu, kondenzace a morfologie, transkripční řízení, T buněčný receptor přeskupení, a mitotického vřeteno shromáždění (za posledních recenze, viz Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Haering, 2009; Wood, Severson, & Meyer, 2010). Koheziny jsou nezbytné pro meiózu, kde hrají několik rolí, které jsou popsány v tomto přehledu. Komplex jádra kohesinu (obr. 1.1 A) je založen na heterodimeru dvou SMC proteinů (strukturní údržbu chromozomů), SMC1 a SMC3, které se vzájemně sdružovat se s vysokou afinitou prostřednictvím jejich centrální závěs domén. Α-kleisinový protein (SCC1, také nazývaný RAD21/MCD1)uzavírá kruh interakcí s globulárními terminálními doménami proteinů SMC. Štěpení α-kleisinu při přechodu metafáze na anafázu řeší soudržnost a umožňuje segregaci chromozomů. Čtvrtý protein s názvem SA (stromální antigen, také nazvaný SCC3) se spojuje s α-kleisinovou složkou tripartitního kruhu. Přesné funkce sa proteinů zůstávají nejasné, ale jsou zapojeny do cesty uvolňování kohezinu závislé na fosforylaci (viz bod 4). V savčích somatických buňkách, dva různé SA proteiny, SA1 a SA2, jsou vyjádřeny ze dvou odlišných genů a byly uvedeny na účet pro některé funkční rozmanitost cohesin komplexy. Nedávno bylo prokázáno, že ztráta SA1 způsobuje embryonální letalitu, defekty segregace chromozomů, aneuploidii a specifické změny v transkripčních vzorcích, zatímco centromerní soudržnost závisí na SA2 (Remeseiro, Cuadrado, Carretero a kol., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). Kromě těchto dvou rozdílných SA podjednotek, meiotické buňky express třetí SA bílkovin (SA3, také volal STAG3), opět z jiného genu, poskytuje meiotické buňky s ještě větší množství různých cohesin komplexy provádět různé funkce. Nicméně, rozmanitost v meiocytes je ještě větší: jeden další gen kódování SMC1-typ bílkoviny (SMC1ß) a další dva geny kódující α-kleisin proteiny (RAD21L a REC8) jsou vyjádřeny výhradně v meiocytes, rozšíření možné kombinace nejméně 18 různých cohesin core komplexy během meiózy. Vzhledem k tomu, že kohezinové a/nebo regulační faktory, o kterých je v meiotických buňkách známo jen velmi málo, se toto číslo pravděpodobně ještě zvýší; například, dva paralogs z cohesin-asociovaný faktor PDS5 (PDS5A a PDS5B) koexistovat v somatických buňkách (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Experimentální údaje potvrdily existenci nejméně šesti komplexů (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
obrázek 1.1. Kohezin v meióze. A) Model soudržného kruhu obklopujícího dvě chromatidy. SMC3 (šedá) je přítomen ve všech komplexech kohezinu. Existují dva geny a proteiny SMC1: SMC1a (Tmavě modrá) a SMC1ß specifický pro meiózu (Světle modrá). Tripartitní kruh uzavírá prostřednictvím asociace α-kleisin podjednotky, z nichž tři varianty existují: všudypřítomné RAD21 (tmavě tyrkysová), a dva meióza-specifické formy, REC8 a RAD21L (světle tyrkysová). Třetí složka, z nichž existují tři varianty, se spojuje s komplexem vazbou na α-kleisin: kanonický SA1 nebo SA2 (tmavě oranžová) nebo meiosis-specifická STAG3 (SA3) (světle oranžová). Zatížení kohezinového komplexu na chromozomy a jeho udržování na chromozomech jsou řízeny faktory zatížení, usazování a antiestablishment faktory. Zatížení kohezinového komplexu na mitotické chromozomy se provádí komplexem SCC2-SCC4 (kollerin) a disociací kohezinu PDS5-WAPL (releasin). Cohesin acetyltransferases (ESCO1 a ESCO2) jsou nezbytné k vytvoření soudržnosti v mitotické S-fáze prostřednictvím acetylace SMC3, která rekrutuje Sororin, udržovací faktor, který působí proti releasin aktivity během mitotické S a G2 fáze. (B) Schéma meiotické fáze z (i) až (ix), ukazuje průběh jednoho páru homologních chromozomů (jeden červený a druhý modrý, každý koncipován jako dvě samostatné linie představující sesterské chromatidy bez chromatinových smyček pro ilustraci) prostřednictvím různých fázích. Ve skutečnosti je postup nepřetržitý. Přítomnost specifických cohesin proteiny tak daleko, jak je známo, je uveden v dolní části panelů (ani relativní, ani potenciální interakce mezi podjednotkami jsou brány v úvahu). Existují protichůdné zprávy o přítomnosti kohezinových proteinů v některých fázích. V takových případech jsou koheziny zobrazeny v nebarevných krabicích. O SA1 je velmi málo informací. Zde ilustrovaná data jsou založena na analýzách spermatocytů. (i) během premeiotické s-Fáze jsou nově vytvořené sesterské chromatidy (červené nebo modré) drženy pohromadě kohezinovými komplexy (nejsou zobrazeny). Mitotické kohezinové podjednotky jsou přítomny. SMC1ß specifický pro meiózu ještě není přítomen; REC8, RAD21L a možná STAG3 v několika buňkách se však již začínají exprimovat; (ii) v průběhu leptotene, chromozomy se začínají kondenzovat a axiální prvky formuláře, STAG3 a SMC1ß jsou nyní přítomné na chromozomech; (iii) synapse homologních chromozomů začíná během zygotene, usnadněno časté DNA DSBs, z nichž jedna je zastoupena ve vložka, DSBs jsou zahájeny v leptotene; (iv) tvorby SC je kompletní v pachytene se všemi jeho homologů plně synapsed, meiotické rekombinace výnosů, jak je uvedeno ve vložka; (v) crossovery (dva příklady jsou uvedeny), které byly vytvořeny mezi homology během pachytene, fyzicky spojují homology dohromady v diplotenu. V této fázi se SC do značné míry rozpustila; nicméně, sesterská chromatidová soudržnost je zachována. Oocyty se zatčení krátce po této fázi, ve fázi tzv. dictyate zatčení (není zobrazen)—po mnoho let u lidí—a soudržnosti, musí být zachována v průběhu této doby; (vi) v metafázi I, vřeteno přílohy jsou vytvořeny na mono-orientované centromery z homologů a chiasmata stále odolávají mikrotubulové tahání síly; (vii) štěpení α-kleisinové podjednotky kohesinu separasou vede k oddělení homologů, protože chiasmata se vyřeší bez soudržnosti paže. Centromeric soudržnosti je chráněn Shugoshin/pb 2a (není zobrazen) a bazén defosforylována cohesin podjednotek; (viii) sesterské chromatidy zarovnat na metafázi desky během metafáze II a spindle mikrotubuly připojit k bioriented kinetochores; (ix) soudržnosti je ztracena a sesterské chromatidy jsou taženy od sebe v anafázi II, vytvářet haploidní gamety.