kohéziós
a Kohéziós gyűrű alakú fehérje komplexek, amelyek több funkciója leginkább attól függ, hogy képesek-e két különböző DNS-molekulát vagy ugyanazon DNS-molekula két távoli részét közvetlen közelségbe hozni. Eredetileg a testvérkromatid kohézióban (SCC) betöltött alapvető szerepük miatt fedezték fel őket, kiderült, hogy részt vesznek különböző nukleáris folyamatokban, mint például a DNS-replikációs gyárak összeszerelésében, a DNS kettős szálú törésében (DSB) javítás, kromoszóma kondenzáció és morfológia, transzkripciós kontroll, T-sejt receptor átrendeződés, és mitotikus orsószerelés (a legfrissebb áttekintéseket lásd: Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Haering, 2009; Wood, Severson, & Meyer, 2010). A kohézinek elengedhetetlenek a meiózishoz, ahol több szerepet játszanak, amelyeket ebben a felülvizsgálatban tárgyalunk. A cohesin core komplex (ábra. 1.1 A) két SMC fehérje (a kromoszómák szerkezeti karbantartása), az SMC1 és az SMC3 heterodimerén alapul, amelyek nagy affinitással kapcsolódnak egymáshoz a központi csuklós doménjeiken keresztül. An ons-kleisin fehérje (SCC1, más néven RAD21 / MCD1) bezárja a gyűrűt az SMC fehérjék globuláris terminális doménjeivel való kölcsönhatás révén. A metafázis-anafázis átmenet során a kleisin-kleisin hasadása feloldja a kohéziót és lehetővé teszi a kromoszóma szegregációt. Egy negyedik sa nevű fehérje (stromális antigén, más néven SCC3) társul a háromoldalú gyűrű. Az SA fehérjék pontos funkciói továbbra sem tisztázottak, de részt vesznek egy foszforiláció-függő kohéziós felszabadulási útvonalon (lásd 4.pont). Emlős szomatikus sejtekben két különböző SA fehérje, SA1 és SA2 expresszálódik két különböző génből, és kimutatták, hogy felelősek a kohéziós komplexek funkcionális sokféleségéért. Az SA1 elvesztése nemrégiben kimutatták, hogy embrionális letalitást, kromoszóma szegregációs hibákat, aneuploidiát és specifikus változásokat okoz a transzkripciós mintákban, míg a centromer kohézió az SA2-től függ (Remeseiro, Cuadrado, Carretero et al., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). E két különböző SA alegység mellett a meiotikus sejtek egy harmadik SA fehérjét (SA3, más néven STAG3) expresszálnak, ismét egy másik génből, így a meiotikus sejtek még nagyobb számú különböző kohéziós komplexet biztosítanak a különböző funkciók elvégzéséhez. A meiocyták sokfélesége azonban még ennél is nagyobb: egy további, SMC1 típusú fehérjét (Smc1) kódoló gén (Smc1) és két másik, 6-kleisin fehérjét kódoló gén (RAD21L és REC8) kizárólag meiocytákban expresszálódik, a lehetséges kombinációt legalább 18 különböző kohéziós magkomplexre kiterjesztve a meiózis során. Figyelembe véve a kohéziós és/vagy szabályozó tényezőket, amelyekről nagyon keveset tudunk a meiotikus sejtekben, ez a szám valószínűleg még tovább növekszik; például a kohéziós asszociált pds5 faktor (PDS5A és PDS5B) két paralógja létezik a szomatikus sejtekben (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). A kísérleti adatok megerősítették legalább hat komplex létezését (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
1.1. ábra. Cohesin a meiózisban. A) A két kromatidot körülvevő kohéziós gyűrű modellje. Az SMC3 (szürke) minden kohéziós komplexben jelen van. Két SMC1 gén és fehérje létezik: SMC1a (sötétkék) és egy meiózis-specifikus Smc1 (Világoskék). A háromrészes gyűrű egy kleisin alegység asszociációján keresztül záródik, amelynek három változata létezik: a mindenütt jelenlévő RAD21 (sötét türkiz) és két meiózis-specifikus forma, a REC8 és a rad21l (világos türkiz). Egy harmadik komponens, amelynek három változata van, a komplexhez kapcsolódik a .. -kleisin: kanonikus SA1 vagy SA2 (sötét narancssárga) vagy a meiózis-specifikus SZAKASZ3 (SA3) (világos narancssárga). A kohéziós komplex kromoszómákra való betöltését és a kromoszómákon való fenntartását a terhelési tényezők, a letelepedési és az antiestablishációs tényezők szabályozzák. A kohéziós komplex mitotikus kromoszómákra történő betöltését az SCC2–SCC4 (kollerin) komplex, a pds5-WAPL (releasin) által végzett kohéziós disszociáció végzi. A kohéziós acetil-transzferázok (ESCO1 és ESCO2) szükségesek a mitotikus S-fázisban a kohézió kialakításához az SMC3 acetilezésével, amely a Szororint, egy fenntartó tényezőt veszi fel, amely ellensúlyozza a felszabadulási aktivitást a mitotikus S és G2 fázisokban. B) a meiotikus szakaszok sémája az (i) – (ix) – től, bemutatva egy homológ kromoszómapár (az egyik piros, a másik kék, mindegyik két, kromatinhurok nélküli testvérkromatidokat ábrázoló egyetlen vonalként rajzolva illusztráció céljából) progresszióját a különböző szakaszokon keresztül. A valóságban a progresszió folyamatos. A panelek alsó részeiben ismert specifikus kohéziós fehérjék jelenlétét mutatjuk be (sem a relatív mennyiségeket, sem az alegységek közötti lehetséges kölcsönhatásokat nem vesszük figyelembe). Ellentmondó jelentések vannak a kohéziós fehérjék jelenlétéről egyes szakaszokban. Ilyen esetekben a kohézineket nem színezett dobozokban ábrázolják. Az SA1-ről nagyon kevés információ áll rendelkezésre. Az itt bemutatott adatok spermatocyták elemzésén alapulnak. (i) a premeiotikus s-fázis során az újonnan kialakult testvérkromatidokat (piros vagy kék) kohéziós komplexek tartják össze (nem ábrázolva). A mitotikus kohéziós alegységek jelen vannak. A meiózis-specifikus Smc1-es még nincs jelen; azonban REC8, RAD21L valamint talán STAG3 néhány sejtben már kezdenek expresszálódni; (ii) a leptotén alatt a kromoszómák kondenzálódni kezdenek és axiális elemek képződnek, a 3. és az Smc1. szakasz ma már jelen van a kromoszómákon; (iii) a homológ kromoszómák szinapszisa a zigotén alatt kezdődik, amelyet a gyakori DNS-DSB-k segítenek elő, amelyek közül az egyik képviselteti magát a betétben, a DSB-k a leptoténben kezdődnek; (iv) Az SC kialakulása teljes a pachyténben, az összes homológ teljesen szinapszis, a meiotikus rekombináció a betétben jelzett módon folytatódik; (v) keresztezések (két példát mutatunk be), amelyek a pachytene során a homológok között alakultak ki, fizikailag összekapcsolják a homológokat a diploténben. Ebben a szakaszban az SC nagyrészt feloldódott; a testvérkromatid kohézió azonban fennmarad. A petesejtek röviddel e szakasz után leállnak, a dictyate letartóztatásnak nevezett szakaszban (nem látható)—sok éven át az emberekben—, és ebben az időben fenn kell tartani a kohéziót; (vi) az I. metafázisban orsó-rögzítések alakulnak ki a homológok mono-orientált centromerjeiben, és a chiasmata továbbra is ellenáll a mikrotubulus húzóerőknek; (vii) a cohesin (cohesin) CA-kleisin alegységének szeparázzal történő hasítása a homológok elválasztását eredményezi, mivel a chiasmata a kar kohéziójának hiányában oldódik meg. A centromer kohéziót a Shugoshin/PP2A (nem ábrázolva) és a defoszforilált kohéziós alegységek egy csoportja védi; (viii) a testvérkromatidok a metafázis lemezre igazodnak a metafázis II során, és az orsó mikrotubulusok a biorezidált kinetochorokhoz kapcsolódnak; (ix) a kohézió elvész, és a testvérkromatidok széthúzódnak az anafázis II-ben, haploid ivarsejteket hozva létre.