Coesin
Coesins are ring-shaped protein complexes whose multiple functions depend mostly on their ability to bring two different DNA molecules or two distant parts of the same DNA molecule into close proximity. Originalmente descobertos por seu papel essencial na coesão cromática irmã (SCC), eles foram encontrados para participar em vários processos nucleares, tais como a montagem de fábricas de replicação de DNA, reparação de quebra de cadeia dupla de DNA (DSB), condensação e morfologia cromossômica, controle transcritional, rearranjo do receptor de células T, e montagem mitótica do fuso (para revisões recentes, Ver Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Haering, 2009; Wood, Severson, & Meyer, 2010). As coesinas são essenciais para a meiose, onde desempenham vários papéis, que são discutidos nesta revisão. O complexo Central de coesin (Fig. 1.1 A) baseia-se num heterodímero de duas proteínas SMC (manutenção estrutural dos cromossomas), SMC1 e SMC3, que se associam entre si com elevada afinidade através dos seus domínios centrais de dobradiças. Uma proteína α-kleisina (SCC1, também chamada RAD21/MCD1) fecha o anel através da interação com os domínios terminais globulares das proteínas SMC. A clivagem da α-kleisina na transição metafase-a-anafase resolve a coesão e permite a segregação cromossômica. Uma quarta proteína chamada SA (antígeno estromal, também chamado SCC3) associa-se com a componente α-kleisina do anel tripartido. As funções exactas das proteínas SA não são claras, mas estão envolvidas numa via de libertação dependente da fosforilação (ver secção 4). Em células somáticas de mamíferos, duas proteínas SA diferentes, SA1 e SA2, são expressas a partir de dois genes distintos e foram mostrados como responsáveis por alguma da Diversidade Funcional dos complexos de coesina. A perda de SA1 foi muito recentemente demonstrada como causadora de letalidade embrionária, defeitos de segregação cromossómica, aneuploidia e alterações específicas nos padrões de transcrição, enquanto a coesão centromérica depende do SA2 (Remeseiro, Cuadrado, Carretero, et al., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). Além destas duas subunidades SA diferentes, as células meióticas expressam uma terceira proteína SA (SA3, também chamada STAG3), outra vez a partir de outro gene, fornecendo às células meióticas um número ainda maior de diferentes complexos de coesina para executar várias funções. No entanto, a diversidade nos meiócitos é ainda maior: um gene adicional que codifica uma proteína do tipo SMC1 (SMC1ß) e dois outros genes que codifica proteínas α-kleisina (RAD21L e REC8) são expressos exclusivamente em meiócitos, expandindo a possível combinação para pelo menos 18 complexos de núcleo coesin diferentes durante a meiose. Tendo em conta os factores coesin-associados e/ou regulatórios, sobre os quais se sabe muito pouco nas células meióticas, é provável que este número aumente ainda mais; por exemplo, dois parálogos do fator associado a coesin PDS5 (PDS5A e PDS5B) coexistem em células somáticas (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Dados experimentais confirmaram a existência de pelo menos seis complexos (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
figura 1.1. Coesina em meiose. A) modelo do anel de coesina que envolve dois cromatídeos. SMC3 (gray) está presente em todos os complexos coesin. Existem dois genes e proteínas SMC1: SMC1a (azul escuro) e um SMC1ß específico da meiose (azul claro). O anel tripartite fecha através da Associação de uma subunidade α-kleisin, das quais existem três variantes: a ubíqua RAD21 (turquesa escura), e duas formas específicas de meiose, REC8 e RAD21L (turquesa clara). Um terceiro componente, do qual existem três variantes, associa-se com o complexo através da ligação à α-kleisina: canônico SA1 ou SA2 (laranja escuro) ou a ESTAG3 (SA3) (laranja claro). O carregamento do complexo coesin nos cromossomas e a sua manutenção nos cromossomas são controlados por factores de carga, de estabelecimento e de antiestablishment. A carga do complexo coesin nos cromossomas mitóticos é realizada por um complexo de SCC2–SCC4 (kollerin) e coesin dissociação por PDS5-WAPL (releasin). As coesinas acetiltransferases (ESCO1 e ESCO2) são necessárias para estabelecer a coesão na fase s mitótica através da acetilação do SMC3, que recruta Sororina, um factor de manutenção que contrai a actividade das releasinas durante as fases s e G2 mitóticas. B) esquema das fases meióticas de i) A ix), mostrando a progressão de um par de cromossomas homólogos (um vermelho e o outro Azul, cada um desenhado em duas linhas únicas representando cromatídeos irmãos sem laços cromáticos para fins ilustrativos) através das diferentes fases. Na realidade, a progressão é contínua. A presença de coesinas proteicas específicas, tanto quanto conhecidas, é apresentada nas secções inferiores dos painéis (não são tomadas em consideração as quantidades relativas nem as potenciais interacções entre as subunidades). Existem relatórios contraditórios sobre a presença de proteínas coesinas em algumas das fases. Em tais casos, as cohesins são representadas em caixas Não coloridas. Há muito pouca informação sobre SA1. Os dados aqui ilustrados baseiam-se em análises de espermatócitos. (I) durante a fase-S pré-iótica, os cromatídeos irmãos recém-formados (vermelho ou azul) são mantidos juntos por complexos de coesina (não mostrado). As subunidades das coesinas mitóticas estão presentes. A meiose específicas SMC1ß ainda não está presente; no entanto, REC8, RAD21L bem como, talvez, STAG3 em algumas células já estão começando a ser expressa; (ii) durante o leptoteno, os cromossomas começam a condensar-se e os elementos axiais formam-se, o STAG3 e o SMC1ß estão agora presentes nos cromossomas; (iii) a sinapse dos cromossomas homólogos começa durante o zigoteno, facilitado por DSBs de ADN frequentes, dos quais um é representado no inset, os DSBs são iniciados em leptoteno; (iv) a formação do SC é completa em pachytene com todos os homólogos totalmente sinapsados, procede-se à recombinação meiótica, tal como indicado no inset.; (v) cruzamentos (dois exemplos são mostrados) que foram formados entre homólogos durante pachytene, ligando fisicamente os homólogos em diploteno. Nesta fase, o CSC se dissolveu em grande parte; no entanto, a coesão cromática irmã é mantida. Os oócitos irão parar pouco depois desta fase, numa fase chamada prisão de dictyate (não mostrada)—por muitos anos em seres humanos—e a coesão deve ser mantida durante este tempo; (vi) na metafase i, os apegos do fuso são formados em centrômeros monoorientados de homólogos e chiasmata ainda resistem às forças de tracção de microtúbulos; (vii) a clivagem da subunidade α-kleisina de coesina por separação resulta na separação de homólogos à medida que chiasmata se resolve na ausência de coesão de braços. A coesão centromérica é protegida por Shugoshin/PP2A (não mostrado) e um pool de subunidades de coesina desfosforilada; viii) cromatídeos irmãos alinham-se na placa de metafase durante a metafase II e microtúbulos de fuso se ligam a cinetóforos bioriados; ix) a coesão é perdida e cromatídeos irmãos são separados em anafase II, criando gâmetas haplóides.