Cohesin
Cohesinele sunt complexe proteice în formă de inel ale căror funcții multiple depind în mare parte de capacitatea lor de a aduce două molecule de ADN diferite sau două părți îndepărtate ale aceleiași molecule de ADN în imediata apropiere. Descoperite inițial pentru rolul lor esențial în coeziunea cromatidelor surori (SCC), s-a constatat că participă la diferite procese nucleare, cum ar fi asamblarea fabricilor de replicare a ADN-ului, repararea rupturii dublu catenare a ADN-ului (DSB), condensarea și morfologia cromozomilor, controlul transcripțional, rearanjarea receptorilor celulelor T și asamblarea fusului mitotic (pentru recenzii recente, vezi Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & Haering, 2009; wood, Severson, & Meyer, 2010). Coezinele sunt esențiale pentru meioză, unde joacă mai multe roluri, care sunt discutate în această recenzie. Complexul nucleului coezin (Fig. 1.1 A) se bazează pe un heterodimer de două proteine SMC (întreținerea structurală a cromozomilor), SMC1 și SMC3, care se asociază între ele cu afinitate ridicată prin domeniile lor de balamale centrale. O proteină-kleisin (scc1, numită și RAD21 / MCD1) închide inelul prin interacțiunea cu domeniile terminale globulare ale proteinelor SMC. Scindarea centimetrului-kleisin la tranziția metafază-anafază rezolvă coeziunea și permite segregarea cromozomilor. O a patra proteină numită sa (antigenul stromal, numit și SCC3) se asociază cu componenta-kleisină a inelului tripartit. Funcțiile exacte ale proteinelor SA rămân neclare, dar sunt implicate într-o cale de eliberare a coezinei dependentă de fosforilare (vezi secțiunea 4). În celulele somatice de mamifere, două proteine sa diferite, SA1 și SA2, sunt exprimate din două gene distincte și s-a demonstrat că explică o parte din diversitatea funcțională a complexelor de coezină. Pierderea SA1 s-a dovedit foarte recent că provoacă letalitate embrionară, defecte de segregare a cromozomilor, aneuploidie și modificări specifice ale tiparelor de transcripție, în timp ce coeziunea centromerică depinde de SA2 (Remeseiro, Cuadrado, Carretero și colab., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). În plus față de aceste două subunități SA diferite, celulele meiotice exprimă o a treia proteină sa (SA3, numită și STAG3), din nou dintr-o altă genă, oferind celulelor meiotice un număr și mai mare de complexe de coezină diferite pentru a îndeplini diverse funcții. Cu toate acestea, diversitatea în meiocite este și mai mare: o genă suplimentară care codifică o proteină de tip SMC1 (Smc1 hectolitru) și alte două gene care codifică proteinele de tip kleisin (RAD21L și REC8) sunt exprimate exclusiv în meiocite, extinzând combinația posibilă la cel puțin 18 complexe de bază de coezină diferite în timpul meiozei. Având în vedere factorii asociați cu coezina și/sau de reglementare, despre care se știe foarte puțin în celulele meiotice, acest număr este probabil să crească și mai mult; de exemplu, doi paralogi ai factorului asociat coezinei PDS5 (PDS5A și PDS5B) coexistă în celulele somatice (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Datele experimentale au confirmat existența a cel puțin șase complexe (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
figura 1.1. Coezina în meioză. (A) Modelul inelului coezin care înconjoară două cromatide. SMC3 (gri) este prezent în toate complexele de coezină. Există două gene și proteine SMC1: SMC1a (Albastru închis) și un Smc1 specific meiozei (Albastru deschis). Inelul tripartit se închide prin asocierea unei subunități-kleisin, dintre care există trei variante: omniprezentul RAD21 (Turcoaz închis) și două forme specifice meiozei, REC8 și RAD21L (turcoaz deschis). O a treia componentă, dintre care există trei variante, se asociază cu complexul prin legarea la SEC-kleisin: canonic SA1 sau SA2 (portocaliu închis) sau stadiul specific meiozei 3 (SA3) (portocaliu deschis). Încărcarea complexului de coezină pe cromozomi și menținerea acestuia pe cromozomi sunt controlate de factori de încărcare, factori de stabilire și anti-stabilire. Încărcarea complexului de coezină pe cromozomii mitotici este efectuată de un complex de SCC2–SCC4 (kollerin) și disocierea coezinei de către PDS5-WAPL (releasin). Cohesin acetiltransferazele (ESCO1 și ESCO2) sunt necesare pentru a stabili coeziunea în faza S mitotică prin acetilarea SMC3, care recrutează Sororina, un factor de întreținere care contracarează activitatea de eliberare în timpul fazelor mitotice s și G2. (B) schema etapelor meiotice de la (i) la (ix), care arată evoluția unei perechi de cromozomi omologi (unul roșu și celălalt albastru, fiecare desenat ca două linii unice reprezentând cromatide surori fără bucle de cromatină în scopuri ilustrative) prin diferitele etape. În realitate, progresul este continuu. Prezența proteinelor specifice de coezină, în măsura în care este cunoscută, este prezentată în secțiunile inferioare ale panourilor (nu sunt luate în considerare nici cantitățile relative, nici interacțiunile potențiale dintre subunități). Există rapoarte contradictorii privind prezența proteinelor de coezină în unele etape. În astfel de cazuri, coezinele sunt descrise în cutii necolorate. Există foarte puține informații despre SA1. Datele ilustrate aici se bazează pe analize ale spermatocitelor. (i) în timpul fazei S premeiotice, cromatidele surori nou formate (roșii sau albastre) sunt ținute împreună de complexe de coezină (nu sunt prezentate). Sunt prezente subunitățile de coezină mitotică. Smc1-ul specific meiozei nu este încă prezent; cu toate acestea, REC8, RAD21L, precum și probabil STAG3 în câteva celule încep deja să fie exprimate; (ii) în timpul leptotenului, cromozomii încep să se condenseze și să se formeze elemente axiale, STAG3 și Smc1 XV sunt acum prezente pe cromozomi; (iii) sinapsele cromozomilor omologi încep în timpul zigotenului, facilitat de DSB-uri ADN frecvente, dintre care unul este reprezentat în inserție, DSB-urile sunt inițiate în leptoten; (iv) formarea SC este completă în pachiten cu toți omologii complet sinapsați, recombinarea meiotică are loc așa cum; (v) încrucișările (sunt prezentate două exemple) care s-au format între omologi în timpul pachitenului, leagă fizic omologii împreună în diploten. În acest stadiu, CS S-a dizolvat în mare parte; cu toate acestea, coeziunea cromatidelor surori este menținută. Ovocitele se vor aresta la scurt timp după această etapă, într-o etapă numită arestare dictiată—nu este prezentată)—timp de mulți ani la om-și coeziunea trebuie menținută în acest timp; (vi) la metafaza I, atașamentele fusului se formează la centromerii mono-orientați ai omologilor și chiasmata încă rezistă forțelor de tragere a microtubulilor; (vii) scindarea subunității de coezină-kleisin de către separază are ca rezultat separarea omologilor ca rezolvare chiasmata în absența coeziunii brațului. Coeziunea centromerică este protejată de Shugoshin/PP2A (nu este prezentat) și un grup de subunități de coezină defosforilată; (viii) cromatidele surori se aliniază pe placa metafazei în timpul metafazei II și microtubulii fusului se atașează la kinetocorii biorientați; (ix) coeziunea se pierde și cromatidele surori sunt desprinse în anafaza II, creând gameți haploizi.