Cohesine
Cohesines zijn ringvormige eiwitcomplexen waarvan de meervoudige functies voornamelijk afhangen van hun vermogen om twee verschillende DNA-moleculen of twee verre delen van hetzelfde DNA-molecuul in de nabijheid te brengen. Oorspronkelijk was ontdekt voor hun essentiële rol in sister chromatid cohesie (SCC), ze werden gevonden om deel te nemen in verschillende nucleaire processen, zoals de montage van DNA-replicatie fabrieken, DNA dubbelstrengs breuk (DSB) reparatie, chromosoom condensatie en morfologie, transcriptionele controle, T-cel receptor herschikking, en mitotische spindle montage (voor recente beoordelingen, zie Häring & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Häring, 2009; Hout, Severson, & Meyer, 2010). Cohesins zijn essentieel voor meiosis, waar ze verschillende rollen spelen, die in dit overzicht worden besproken. Het cohesinkerncomplex (Fig. 1.1 A) is gebaseerd op een heterodimer van twee SMC-proteã nen (structureel onderhoud van chromosomen), SMC1 en SMC3, die met elkaar met hoge affiniteit door hun centrale scharnierdomeinen associëren. Een α-kleisine-eiwit (SCC1, ook RAD21/MCD1 genoemd) sluit de ring door interactie met de bolvormige einddomeinen van de SMC-eiwitten. De splitsing van de α-kleisine bij de overgang van metafase naar anafase lost de cohesie op en maakt de scheiding van chromosomen mogelijk. Een vierde eiwit genaamd SA (stromal antigen, ook SCC3 genoemd) associeert met de α-kleisine component van de tripartiete ring. De exacte functies van Sa-eiwitten blijven onduidelijk, maar ze zijn betrokken bij een fosforyleringsafhankelijke cohesinafgifteroute (zie rubriek 4). In zoogdier somatische cellen, worden twee verschillende sa proteã nen, SA1 en SA2, uitgedrukt uit twee verschillende genen en werden getoond om voor sommige van de functionele diversiteit van cohesinecomplexen te verklaren. Het verlies van SA1 werd zeer recent getoond om embryonale letaliteit, chromosoom segregatiedefecten, aneuploidy, en specifieke veranderingen in transcriptiepatronen te veroorzaken, terwijl centromere cohesie van SA2 afhangt (Remeseiro, Cuadrado, Carretero, et al., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). Naast deze twee verschillende sa-subeenheden drukken meiotische cellen een derde sa-eiwit uit (SA3, ook STAG3 genoemd), opnieuw uit een ander gen, waardoor meiotische cellen een nog groter aantal verschillende cohesinecomplexen krijgen om verschillende functies uit te voeren. De diversiteit in meiocyten is echter nog groter: één extra gen dat codeert voor een SMC1-type eiwit (SMC1ß) en twee andere genen die codeert voor α-kleisine eiwitten (RAD21L en REC8) worden uitsluitend uitgedrukt in meiocyten, waardoor de mogelijke combinatie wordt uitgebreid tot ten minste 18 verschillende cohesinkerncomplexen tijdens meiose. Rekening houdend met cohesin-geassocieerde en / of regelgevende factoren, waarover zeer weinig bekend is in meiotische cellen, zal dit aantal waarschijnlijk nog meer toenemen; bijvoorbeeld, twee paralogs van de cohesin-geassocieerde factor PDS5 (PDS5A en PDS5B) coëxisteren in somatische cellen (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Experimentele gegevens hebben het bestaan van ten minste zes complexen bevestigd (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
figuur 1.1. Samenhang in meiose. (A) Model van de cohesinring die twee chromatiden omcirkelt. SMC3 (grijs) is aanwezig in alle cohesinecomplexen. Er zijn twee SMC1 genen en eiwitten: SMC1a (donkerblauw) en een meiosis-specifieke SMC1ß (Lichtblauw). De tripartiete ring sluit via de associatie van een α-kleisin subeenheid, waarvan drie varianten bestaan: de alomtegenwoordige RAD21 (donker turquoise), en twee meiosis-specifieke vormen, REC8 en RAD21L (licht turquoise). Een derde component, waarvan er drie varianten zijn, associeert met het complex via binding aan de α-kleisine: canonieke SA1 of SA2 (donkeroranje) of de meiosis-specifieke STAG3 (SA3) (lichtoranje). De lading van complex cohesin op chromosomen en zijn onderhoud op chromosomen wordt gecontroleerd door ladingsfactoren, vestiging en antiestablishmentfactoren. De lading van het cohesincomplex op mitotic chromosomen wordt uitgevoerd door een complex van SCC2–SCC4 (kollerin) en cohesindissociatie door PDS5-WAPL (releasin). Cohesinacetyltransferases (ESCO1 en ESCO2) zijn noodzakelijk om cohesie in mitotische S-fase tot stand te brengen door acetylering van SMC3, die Sororine rekruteert, een onderhoudsfactor die de releasineactiviteit tijdens mitotische s-en G2-fasen tegengaat. B) schema van de meiotische stadia van i) tot ix), waarbij de progressie van een paar homologe chromosomen (een rode en een blauwe, elk getekend als twee enkele lijnen die zusterchromatiden zonder chromatinelussen ter illustratie voorstellen) door de verschillende stadia wordt weergegeven. In werkelijkheid is de progressie continu. De aanwezigheid van specifieke cohesinproteã nen voor zover gekend wordt gepresenteerd in de lagere secties van de panelen (noch de relatieve hoeveelheden noch de potentiële interactie tussen de subeenheden worden in aanmerking genomen). Er zijn tegenstrijdige rapporten over de aanwezigheid van cohesinproteã nen in sommige stadia. In dergelijke gevallen worden de cohesins afgebeeld in niet-gekleurde dozen. Er is zeer weinig informatie over SA1. De hier geà llustreerde gegevens zijn gebaseerd op analyses van spermatocyten. (I) tijdens de premeiotische S-fase worden nieuw gevormde zusterchromatiden (rood of blauw) bij elkaar gehouden door cohesinecomplexen (niet getoond). De mitotische cohesin subeenheden zijn aanwezig. De meiosis-specifieke SMC1ß is nog niet aanwezig; echter, REC8, RAD21L evenals misschien STAG3 in een paar cellen beginnen al te worden uitgedrukt; (ii) tijdens de leptotene, de chromosomen beginnen te condenseren en axiale elementen vorm, STAG3 en SMC1ß zijn nu aanwezig op de chromosomen; (iii) de verbeelding van homologe chromosomen begint tijdens zygoteen, gefaciliteerd door frequente DNA DSBs, waarvan één is vertegenwoordigd in de inzet, DSBs worden geïnitieerd in leptotene; (iv) de vorming van de SC is compleet in pachyteen met alle homologen volledig synapsed, meiotische recombinatie opbrengst zoals aangegeven in de inzet; (V) crossovers (twee voorbeelden worden getoond) die zijn gevormd tussen homologen tijdens pachyteen, koppelen de homologen fysiek aan elkaar in diploteen. In dit stadium is de SC grotendeels opgelost; echter, zusterchromatide cohesie wordt gehandhaafd. Oöcyten zullen kort na dit stadium, in een stadium genaamd dictyate arrest (niet getoond)—voor vele jaren in de mens-en samenhang moet worden gehandhaafd gedurende deze tijd; (vi) bij metafase I, spindel gehechtheden worden gevormd op mono-georiënteerde centromeren van homologen en chiasmata nog steeds weerstand microtubule trekkrachten; (vii) splitsing van de α-kleisine subeenheid van cohesine door separase resulteert in scheiding van homologen als chiasmata verdwijnt bij afwezigheid van armcohesie. Centromere cohesie wordt beschermd door Shugoshin / PP2A (niet getoond) en een pool van dephosphorylated cohesin subeenheden; (viii) zusterchromatiden uitlijnen op de metafaseplaat tijdens metaphase II en spindelmicrotubuli hechten zich aan biorienteerde kinetochoren; (ix) cohesie is verloren en zusterchromatiden worden uit elkaar getrokken in anaphase II, waardoor haploïde gameten ontstaan.