Cohesin
Kohesiner är ringformade proteinkomplex vars multipla funktioner beror mest på deras förmåga att föra två olika DNA-molekyler eller två avlägsna delar av samma DNA-molekyl i närheten. Ursprungligen upptäckt för sin väsentliga roll i systerkromatidkohesion (SCC), befanns de delta i olika kärnprocesser såsom montering av DNA-replikationsfabriker, DNA-dubbelsträngad paus (Dsb) reparation, kromosomkondensation och morfologi, transkriptionskontroll, t-cellreceptoromläggning och mitotisk spindelmontering (för senaste recensioner, se Haering & Jessberger, 2012; Merkenschlager, 2010; Nasmyth, 2011; Nasmyth & haering, 2009; Trä, Severson, & Meyer, 2010). Kohesiner är viktiga för meios, där de spelar flera roller, som diskuteras i denna översyn. Cohesin core-komplexet (Fig. 1.1 A) är baserad på en heterodimer av två SMC-proteiner (strukturellt underhåll av kromosomer), SMC1 och SMC3, som associerar med varandra med hög affinitet genom sina centrala gångjärnsdomäner. Ett pankreas-kleisinprotein (SCC1, även kallat RAD21/MCD1) stänger ringen genom interaktion med SMC-proteins globulära terminaldomäner. Klyvning av sabbi-kleisin vid övergången mellan metafas och anafas löser sammanhållning och möjliggör kromosomsegregering. Ett fjärde protein som heter SA (stromal antigen, även benämnt SCC3) associerar med den tredelade ringen av den tredelade delen av den. De exakta funktionerna för sa-proteiner är fortfarande oklara, men de är involverade i en fosforyleringsberoende kohesinfrisättningsväg (se Avsnitt 4). I somatiska celler från däggdjur uttrycks två olika sa-proteiner, SA1 och SA2, från två distinkta gener och visade sig redogöra för en del av den funktionella mångfalden av kohesinkomplex. Förlust av SA1 visade sig mycket nyligen orsaka embryonal dödlighet, kromosomsegregeringsdefekter, aneuploidi och specifika förändringar i transkriptionsmönster, medan centromerisk sammanhållning beror på SA2 (Remeseiro, Cuadrado, Carretero, et al., 2012; Remeseiro, Cuadrado, Gomez-Lopez, Pisano, & Losada, 2012). Förutom dessa två olika SA-subenheter uttrycker meiotiska celler ett tredje SA-protein (SA3, även kallat STAG3), igen från en annan gen, vilket ger meiotiska celler ett ännu större antal olika kohesinkomplex för att utföra olika funktioner. Mångfalden i meiocyter är emellertid ännu större: en ytterligare gen som kodar för ett SMC1-typprotein (Smc1 MSK) och två andra gener som kodar för 6-kleisinproteiner (RAD21L och REC8) uttrycks uteslutande i meiocyter och utvidgar den möjliga kombinationen till minst 18 olika kohesinkärnkomplex under meios. Med tanke på kohesinassocierade och/eller reglerande faktorer, om vilka mycket lite är känt i meiotiska celler, kommer detta antal sannolikt att öka ännu mer; till exempel samexisterar två paraloger av den kohesinassocierade faktorn PDS5 (PDS5A och PDS5B) i somatiska celler (Losada, Yokochi, & Hirano, 2005). Experimentella data har bekräftat förekomsten av minst sex komplex (Jessberger, 2011; Uhlmann, 2011).
figur 1.1. Cohesin i meios. (A) modell av kohesinringen som omger två kromatider. SMC3 (grå) är närvarande i alla sammanhängande komplex. Det finns två SMC1-gener och proteiner: SMC1a (mörkblå) och en meiosspecifik Smc1 GHz (ljusblå). Trepartsringen stängs via sammanslutningen av en underenhet för en underenhet av vilken det finns tre varianter: den allestädes närvarande RAD21 (mörk turkos) och två meiosspecifika former, REC8 och RAD21L (ljus turkos). En tredje komponent, av vilken det finns tre varianter, associerar med komplexet via bindning till Bisexuell-kleisin: kanonisk SA1 eller SA2 (mörkorange) eller meiosspecifik STAG3 (SA3) (ljusorange). Lastning av kohesinkomplexet på kromosomer och dess underhåll på kromosomer styrs av belastningsfaktorer, etablerings-och antietableringsfaktorer. Lastning av kohesinkomplexet på mitotiska kromosomer utförs av ett komplex av SCC2-SCC4 (kollerin) och kohesindissociation med PDS5-WAPL (releasin). Kohesinacetyltransferaser (ESCO1 och ESCO2) är nödvändiga för att upprätta sammanhållning i mitotisk S-fas genom acetylering av SMC3, som rekryterar Sororin, en underhållsfaktor som motverkar frisättningsaktivitet under mitotiska s-och G2-faser. (B) schema för de meiotiska stadierna från (i) till (ix), som visar utvecklingen av ett par homologa kromosomer (en röd och den andra blå, var och en ritad som två enkla linjer som representerar systerkromatider utan kromatinöglor för illustrationssyfte) genom de olika stadierna. I verkligheten är progressionen kontinuerlig. Närvaron av specifika kohesinproteiner så långt som känt presenteras i de nedre delarna av panelerna (varken de relativa mängderna eller de potentiella interaktionerna mellan underenheterna beaktas). Det finns motstridiga rapporter om förekomsten av kohesinproteiner i några av stadierna. I sådana fall avbildas kohesinerna i icke-färgade lådor. Det finns väldigt lite information om SA1. De data som illustreras här är baserade på analyser av spermatocyter. (i) under premeiotisk S-fas hålls nybildade systerkromatider (röda eller blå) samman av kohesinkomplex (visas inte). De mitotiska kohesin-subenheterna är närvarande. Den meiosspecifika Smc1 GHz är ännu inte närvarande; REC8, RAD21L och kanske STAG3 i några få celler börjar emellertid redan uttryckas; (ii) under leptotenen börjar kromosomerna kondensera och axiella element bildas, STAG3 och Smc1 är nu närvarande på kromosomerna; (iii) synapsis av homologa kromosomer börjar under zygoten, underlättas av frekventa DNA-Dsb, varav en representeras i insatsen, Dsb initieras i leptoten; (iv) bildandet av SC är komplett i pachyten med alla homologer helt synapserade, meiotisk rekombination fortsätter som anges i insatsen; (v) delningsfilter (två exempel visas) som har bildats mellan homologer under pachyten, fysiskt länka homologerna tillsammans i diploten. I detta skede har SC till stor del upplösts; dock bibehålls systerkromatidkohesion. Oocyter kommer att arresteras strax efter detta stadium, i ett stadium som kallas dictyate arrest (visas inte— – i många år hos människor-och sammanhållning måste bibehållas under denna tid; (vi) vid metafas i bildas spindelfästen vid monoorienterade centromerer av homologer och chiasmata motstår fortfarande mikrotubuli dragkrafter; (vii) klyvning av kohesin-subenheten för kokhesin genom separas resulterar i separation av homologer när chiasmata löser sig i frånvaro av armkohesion. Centromerisk sammanhållning skyddas av Shugoshin / PP2A (visas inte) och en pool av defosforylerade kohesin-subenheter; (viii) systerkromatider anpassar sig på metafasplattan under metafas II och spindelmikrotubuli fäster vid biorienterade kinetochorer; (ix) sammanhållning går förlorad och systerkromatider dras isär i anafas II, vilket skapar haploida könsceller.