МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Значение белков SMC (конденсинов, когезинов) в структуре хромосомы

• SMC белки являются АТФазами и включают конденсины и когезины

• Гетеродимеры SMC белков связываются с другими субъединицами

• За счет образования положительных супервитков в ДНК конденсины обеспечивают более плотную спирализацию хроматина

• Конденсины обусловливают конденсацию хромосом в митозе

• Конденсация неактивных Х-хромосом у С. elegans происходит под действием конденсинов, специфичных по отношению к определенным хромосомам

Структура хромосом в целом определяется их взаимодействием с белками семейства SMC (structural maintenance of chromosome). Эти белки представляют собой АТФазы, которые подразделяются на две функциональных группы. Конденсины контролируют структуру хромосом в целом и обеспечивают их конденсацию в компактную форму в митозе. Когезины участвуют в поддержании связей между сестринскими хроматидами, которые должны реализоваться в митозе. Обе группы представляют собой димеры, образованные SMC белками.

Конденсины образуют комплексы, состоящие из коровых гетеродимеров SMC2-SMC4, связанных с другими белками (не относящимися к семейству SMC). Когезины имеют аналогичную структуру, построенную на основании гетеродимерного кора SMC1-SMC3.

Белок SMP
Белок SMP содержит «прогулочный модуль», в котором присутствует последовательность,
связывающая АТФ, и на концах находятся сайты связывания с ДНК,
соединенные друг с другом суперспирализованными участками, между которыми расположен домен вращения.

Как показано на рисунке ниже, центральная часть молекулы SMC белка обладает суперспиральной структурой, которая разделена гибкой петлей. Как амино-, так и карбоксильные концевые участки характеризуются АТФ и ДНК-связывающими структурными мотивами. В зависимости от образования димеров за счет интра- или интермолекулярных взаимодействий, для объяснения механизма действия этих белков предложены различные модели.

На основании экспериментов с бактериальными гомологами SMC белков предполагается, что димеры образуются за счет антипараллельного взаимодействия между суперспиралями, так что N-концевой участок одной субъединицы связывается с С-концевым участком другой. Наличие гибкого петельного участка позволяет когезинам и конденсинам изменять конфигурацию димера в зависимости от функциональноой необходимости.

На рисунке ниже показано, что когезины обладают V-образной структурой, причем угол между плечами димера составляет 86°. Для димеров конденсинов характерна более сильная изогнутость молекул, и угол между плечами достигает всего 6°. Это позволяет когезинам удерживать рядом сестринские хроматиды, а конденсинам участвовать в конденсации индивидуальных хромосом. На рисунке ниже показано, что когезии может принимать форму развернутого димера, образующего поперечные сшивки между молекулами ДНК. Рисунок ниже иллюстрирует, что димер конденсина может принимать V-образную форму за счет перегиба в области петли, причем при этом стягиваются вместе отстоящие друг от друга участки молекулы ДНК, что приводит к ее конденсации.

На основании экспериментов предложена альтернативная модель, предполагающая, что белки дрожжей димеризуются за счет интрамолекулярных взаимодействий. Таким образом, гомодимер образуется исключительно при взаимодействии двух идентичных субъединиц. Затем могут взаимодействовать димеры двух разных белков (в данном случае SMC1 и SMC3). Взаимодействие может осуществляться на уровне головок и петельных структур и сопровождается образованием окаймляющей структуры. Вместо прямого связывания с ДНК такая структура может удерживать ее молекулы вместе, окружая их.

Конденсины и когезины
Две половины конденсина перекручены назад под углом 6°.
Когезины существуют в более открытой конформации, и угол между двумя половинами молекулы составляет 86°.

Визуализация митотических хромосом показывает, что конденсины локализованы по всей длине хромосомы. (Напротив, когезины обнаруживаются только на отдельных местах хромосомы.)

Конденсиновый комплекс получил свое название за способность вызывать конденсацию хроматина in vitro. Комплекс обладает способностью образовывать положительные супервитки в ДНК, используя энергию гидролиза АТФ и в присутствии топоизомеразы I. Эта способность контролируется фосфорилированием субъединиц комплекса белков, отличных от SMC, которое происходит в митозе. Мы пока не знаем, каким образом это связано с другими модификациями хроматина, например с фосфорилированием гистонов. Активация конденсинового комплекса, особенно в митозе, подвергает сомнению его участие в образовании интерфазного гетерохроматина.

При других способах компенсации дозы генов происходят глубокие изменения хромосом. У самцов Drosophila на Х-хромосоме обнаружен комплекс белков. В клетках XX эмбрионов С. elegans белковый комплекс ассоциирован с обеими Х-хромосомами, однако в ядре ХО эмбрионов белковые компоненты остаются распределенными диффузно. Белковый комплекс содержит кор, состоящий из SMC белков, и напоминает конденсиновый комплекс, который в других организмах связан с митотическими хромосомами.

Это позволяет предполагать, что комплекс играет структурную роль, обеспечивая более конденсированное, неактивное состояние хромосом. Многочисленные сайты, расположенные на Х-хромосоме, могут обеспечивать более полное распределение комплекса по хромосоме. Комплекс связывается с ними и затем распространяется по поверхности хромосомы.

Существует корреляция между активностью хроматина и степенью ацетилирования гистонов, особенно гистонов Н3 и Н4, которое происходит по сайтам, расположенным на N-терминальных «хвостах». Активация транскрипции связана с ацетилированием поблизости от промотора, и репрессия транскрипции связана с деацетилированием. Наиболее впечатляющая корреляция состоит в том, что в клетках женских особей млекопитающих гистон Н4 в составе неактивной Х-хромосомы ацетилирован не полностью.

Конденсины и когезины
SMC белки димеризуются при взаимодействии центральных участков двух суперспиралей, расположенных анти параллельно.
Оба концевых участка каждой субъединицы характеризуются присутствием последовательностей, связывающихся с АТФ и ДНК.
Когезины могут образовавать протяженные структуры, посредством которых могут связываться две различных молекулы ДНК.
Конденсины и когезины
Конденсины могут образовывать компактные структуры за счет дополнительного изгиба при участии домена вращения,
что приводит к компактизации ДНК.
Конденсины и когезины
Когезины могут образовывать димеры за счет межмолекулярных связей,
а затем при взаимодействии головок и доменов вращения формировать мультимеры.
Такие структуры, окружая две молекулы ДНК, могут удерживать их вместе.
Конденсины и когезины
Конденсины локализуются по всей длине митотической хромосомы.
ДНК выделена красным цветом, а конденсины желтым.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Перспективы изучения хромосом"

Оглавление темы "Цитология":
  1. Механизм ремоделирования хроматина
  2. Механизм ацетилирования гистонов
  3. Строение и образование гетерохроматина
  4. Взаимодействие белков с гистонами при образовании гетерохроматина
  5. Механизмы инактивирования Х-хромосомы
  6. Значение белков SMC (конденсинов, когезинов) в структуре хромосомы
  7. Перспективы изучения хромосом
  8. Строение микротрубочек и их функции
  9. Основные функции микротрубочек клетки
  10. Тубулин в структуре микротрубочек
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.