Cohesina
Las cohesinas son complejos de proteínas en forma de anillo cuyas múltiples funciones dependen principalmente de su capacidad para acercar dos moléculas de ADN diferentes o dos partes distantes de la misma molécula de ADN. Originalmente descubiertos por su papel esencial en la cohesión de cromátidas hermanas (SCC), se descubrió que participaban en varios procesos nucleares, como el ensamblaje de fábricas de replicación de ADN, reparación de rotura de doble cadena de ADN (DSB), condensación y morfología de cromosomas, control transcripcional, reordenamiento de receptores de células T y ensamblaje de husos mitóticos (para revisiones recientes, ver Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Haering, 2009; Wood, Severson, & Meyer, 2010). Las cohesinas son esenciales para la meiosis, donde desempeñan varias funciones, que se discuten en esta revisión. El complejo central de cohesina (Fig. 1.1 A) se basa en un heterodímero de dos proteínas SMC (mantenimiento estructural de cromosomas), SMC1 y SMC3, que se asocian entre sí con alta afinidad a través de sus dominios de bisagra central. Una proteína α-kleisina (SCC1, también llamada RAD21 / MCD1) cierra el anillo a través de la interacción con los dominios terminales globulares de las proteínas SMC. La escisión de la α-kleisina en la transición metafase-anafase resuelve la cohesión y permite la segregación cromosómica. Una cuarta proteína llamada SA (antígeno estromal, también llamado SCC3) se asocia con el componente α-kleisin del anillo tripartito. Las funciones exactas de las proteínas SA siguen sin estar claras, pero están involucradas en una vía de liberación de cohesina dependiente de la fosforilación (ver Sección 4). En las células somáticas de mamíferos, dos proteínas SA diferentes, SA1 y SA2, se expresan a partir de dos genes distintos y se demostró que explican parte de la diversidad funcional de los complejos de cohesina. Recientemente se ha demostrado que la pérdida de SA1 causa letalidad embrionaria, defectos de segregación cromosómica, aneuploidía y cambios específicos en los patrones de transcripción, mientras que la cohesión centromérica depende de SA2 (Remeseiro, Cuadrado, Carretero, et al., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). Además de estas dos subunidades SA diferentes, las células meióticas expresan una tercera proteína SA (SA3, también llamada STAG3), de nuevo de otro gen, proporcionando a las células meióticas un número aún mayor de complejos de cohesina diferentes para realizar varias funciones. Sin embargo, la diversidad en los meiocitos es aún mayor: un gen adicional que codifica una proteína de tipo SMC1 (SMC1ß) y otros dos genes que codifican proteínas α-kleisina (RAD21L y REC8) se expresan exclusivamente en meiocitos, expandiendo la posible combinación a al menos 18 complejos centrales de cohesina diferentes durante la meiosis. Teniendo en cuenta los factores reguladores y/o asociados a la cohesina, de los que se sabe muy poco en las células meióticas, es probable que este número aumente aún más; por ejemplo, dos paralogos del factor asociado a la cohesina PDS5 (PDS5A y PDS5B) coexisten en células somáticas (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Los datos experimentales han confirmado la existencia de al menos seis complejos (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
Figura 1.1. Cohesina en la meiosis. A) Modelo del anillo de cohesina que rodea dos cromátidas. SMC3 (gris) está presente en todos los complejos de cohesina. Hay dos genes y proteínas SMC1: SMC1a (azul oscuro) y una SMC1ß específica para meiosis (azul claro). El anillo tripartito se cierra a través de la asociación de una subunidad α-kleisin, de la que existen tres variantes: la ubicua RAD21 (turquesa oscuro), y dos formas específicas de meiosis, REC8 y RAD21L (turquesa claro). Un tercer componente, de los cuales hay tres variantes, se asocia con el complejo a través de la unión a la α-kleisin: SA1 canónico o SA2 (naranja oscuro) o el STAG3 específico de meiosis (SA3) (naranja claro). La carga del complejo de cohesina en los cromosomas y su mantenimiento en los cromosomas se controlan mediante factores de carga, factores de establecimiento y antiestablecimiento. La carga del complejo de cohesina en los cromosomas mitóticos es realizada por un complejo de SCC2-SCC4 (kollerin) y disociación de cohesina por PDS5-WAPL (releasina). Las acetiltransferasas de cohesina (ESCO1 y ESCO2) son necesarias para establecer la cohesión en la fase S mitótica a través de la acetilación de SMC3, que recluta Sororina, un factor de mantenimiento que contrarresta la actividad de la liberina durante las fases mitótica S y G2. (B) Esquema de las etapas meióticas de (i) a (ix), mostrando la progresión de un par de cromosomas homólogos (uno rojo y el otro azul, cada uno dibujado como dos líneas simples que representan cromátidas hermanas sin bucles de cromatina para fines ilustrativos) a través de las diferentes etapas. En realidad, la progresión es continua. La presencia de proteínas de cohesina específicas hasta donde se conoce se presenta en las secciones inferiores de los paneles (no se tienen en cuenta las cantidades relativas ni las interacciones potenciales entre las subunidades). Hay informes contradictorios sobre la presencia de proteínas de cohesina en algunas de las etapas. En tales casos, las cohesinas se representan en cajas no coloreadas. Hay muy poca información sobre SA1. Los datos aquí ilustrados se basan en análisis de espermatocitos. (i) Durante la fase S premeiótica, las cromátidas hermanas recién formadas (rojas o azules) se mantienen unidas por complejos de cohesina (no se muestran). Las subunidades mitóticas de cohesina están presentes. El SMC1ß específico para meiosis aún no está presente; sin embargo, REC8, RAD21L y quizás STAG3 en algunas células ya están comenzando a expresarse; (ii) durante el leptoteno, los cromosomas comienzan a condensarse y los elementos axiales se forman, STAG3 y SMC1ß ahora están presentes en los cromosomas; (iii) la sinapsis de los cromosomas homólogos comienza durante el cigoteno, facilitada por DSBS de ADN frecuentes, de los cuales uno está representado en el recuadro, DSBs se inician en leptoteno; (iv) la formación del SC se completa en paquiteno con todos los homólogos totalmente sinapizados, la recombinación meiótica procede como se indica en el recuadro; v) los cruces (se muestran dos ejemplos) que se han formado entre homólogos durante el paquiteno, vinculan físicamente a los homólogos en diploteno. En esta etapa, el SC se ha disuelto en gran medida; sin embargo, se mantiene la cohesión de las cromátidas hermanas. Los ovocitos se detendrán poco después de esta etapa, en una etapa llamada detención de dictados (no mostrada), durante muchos años en los seres humanos—y la cohesión debe mantenerse durante este tiempo; (vi) en la metafase I, los accesorios del huso se forman en centrómeros monoorientados de homólogos y los quiasmatas aún resisten las fuerzas de tracción de los microtúbulos; vii) la escisión de la subunidad α-kleisina de la cohesina por separasa da lugar a la separación de homólogos a medida que se resuelve el quiasmata en ausencia de cohesión del brazo. La cohesión centromérica está protegida por Shugoshina / PP2A (no se muestra) y un conjunto de subunidades de cohesina desfosforiladas; (viii) las cromátidas hermanas se alinean en la placa metafásica durante la metafase II y los microtúbulos del huso se unen a los cinetocoros biorientados; (ix) la cohesión se pierde y las cromátidas hermanas se separan en la anafase II, creando gametos haploides.