Human chromokinesin KIF4A functions in chromosome condensation and segregation  , S.Sundareshan, T.MisteliJ.Cell Biol. - 2004, Vol. 166, No 5, P. 613-620 | |
|
Установлено, что хромокинезин HKIF4A человека является важным ассоциированным с хромосомами молекулярным мотором, участвующим в сегрегации хромосом. HKIF4A локализуется в нуклеоплазме во время интерфазы и на конденсированных плечах хромосом во время митозов. Он накапливается в срединной зоне с поздней анафазы и локализуется в цитокинетическом кольце во время цитокинеза. Истощение HKIF4A в клетках человека ведет к организации дефектно прометафазы, неправильному расположению хромосом в метафазе, дефектам веретена и неправильной сегрегации хромосом. HKIF4A взаимодействует с комплексами condensin I и II.
Дополнительн. информ. | |
Дефекты компонентов, которые контролируют организацию и функцию веретена, часто ведут к к неправильному расхождению хромосом, анеуплоидии и клеточным аномалиям (Pihan, Doxsey, 1999; Jallepalli, Lengauer, 2001). Динамическая природа аппарата веретена, как полагают, поддерживается как с помощью динамической нестабильности микротрубочек (МТ), так и нескольких сил, продуцируемых МТ моторами (Scholey et al., 2003). Направленные в сторону полюсов и прочь от полюсов силы сбалансированы во время метафазной congression и ответственны за перемещение хромосом в направлении полюсов (Marshall, 2002). Силы, оттаскивающие хромосомы к полюсам, м. генерироваться или с помощью динамических МТ или с помощью направленных на плюс концы моторов, включая chromokinesins которые ассоциируют с хромосомными плечами (McIntosh et al., 2002). Хромокинезины представляют собой семейство связанных с хромосомными плечами кинезинов, состоящих из членов двух самостоятельных типов: chromokinesins/KIF4 и Kid гомологов (Sekine et al., 1994; Vernos et al., 1995; Wang, Adler, 1995; Williams et al., 1995; Tokai et al., 1996; Yan, Wang, 1997; Antonio et al., 2000; Funabiki, Murray, 2000). Оба типа chromokinesins являются ядерными во время интерфазы и локализуются на конденсированных хромосомных плечах во время митоза. У людей изветны два члена KIF4: HKIF4A и HKIF4B (Ha et al., 2000)/ HKIF4A является белком в 140 rLf, который содержит несколько законсервированных структурных мотивов, включая kinesin-подобный моторный домен, длинную суперскрученную область, nuclear localization signal, ДНК-связывающий мотив и богатый цистеином мотив Zn пальчики. Установлено, что белок взаимодействует с BRCA2-ассоциированным фактором 35 и DNA methyltransferase DNMT3B (Lee, Kim, 2003; Geiman et al., 2004). Хотя HKIF4A ассоциирует с хромосомами во время митозов, но нет информации, как функционирует этот белок (Lee et al., 2001). В работе с помощью RNAi показано, что HKIF4A является новым мультифункциональным компонентом кухни конденсации и сегрегации хромосом.
В работе продемонстрировано, что HKIF4A важен для организации прометафазы и метафазного расположения хромосом. Истощение chromokinesins HKIF4A вызывает дефекты митотического веретена, анафазные мосты и анеуплоидию. Установлено также, что HKIF4A необходим для поддержания нормальной морфологии метафазных хромосом. И, наконец, установлено, что HKIF4A взаимодействует с condesin.
Использует ли вызываемая истощением HKIF4A гиперконденсация хромосом кухню (machinery) конденсации? Описаны два самостоятельных комплекса condensin I и II, обладающие общими SMC субъединицами hCAP-C и -Е, но отличающиеся своими не-SMC компонентами, hCAP-D, -G и -Н (Ono et al., 2003). Иммунопреципитация с анти-HKIF4A антителами из ядерных экстрактов несинхронизированных MRC-5 или HeLa клеток или из экстрактов митотических HeLa специфически осаждала hCAP-E, -C и -G2. Физическая ассоциация HKIF4A с обоими конденсиновыми комплексами подтверждена с помощью иммунофлюоресцентной микроскопии хромосом интактных митотических клеток. HKIF4A частично ко-локализуется с hCAP-E, -G и -G2 вдоль длины хромосом в виде перекрывающихся точечных областей, это возможно указывает на то, что только субпопуляция из HKIF4A взаимодействует с субъединицами конденсинов.
Определяли локализацию hCAP-E в HKIF4A-истощенных MRC-5 клетках. RNAi, нацеленная на HKIF4A, не затрагивала общий уровень белка конденсина hCAP-E в экстрактах несинхронизированных или митотических клеток. Распределение hCAP-E, -G и -G2 на хромосомах было изменено в HKIF4A-истощенных интактных делящихся клетках. HKIF4A-истощенные хромосомы были лишены аксиальной локализации hCAP-E, -G и -G2? частично ре-локализованы и, по-видимому, диффузно распределены по массе конденсированного митотического хроматина. Эти данные подтверждают взаимодействие между HKIF4A и конденсиновыми комплексами.
Роль HKIF4A в качестве молекулярного мотора подтверждается его тесной гомологией с др KIF4 кинезинами, KIF4 мыши, Xklp1 Xenopus и KLP3A Drosophila. Он м. вносить вклад в генерацию направленных от полюсов сил и кооперировать с др. на плюс- и минус-концы направленными моторами, чтобы создавать баланс сил, необходимый для биполярности веретена и расположения хромосом в метафазе (Goshima, Vale, 2003; Kwon et al., 2004; Bringman et al,m 2004). Эта интерпретация согласуется с нашими наблюдениями, т.к. в большинстве HKIF4A-истощенных клеток хромосомы разбросаны вдоль всей длины веретена и образуется большое количество аберрантных веретен. Более того, локализация HKIF4A в цитокинетическом mid-body напоминает его гомолог KLP3A у Drosophila а цитокинезе во время мейоза у самцов дрозофилы (Williams et al., 1995, 1997). Наше наблюдение, что сегрегация хромосом блокирована неполностью, а продолжается на низком уровне по крайней мере в течение 3-х клеточных циклов, указывает на то, что HKIF4A перекрывается действием др. chromokinesins Kid (Levesque, Compton, 2001) и ассоциированных с кинетохорами plus-end моторов (Yen, Schaar, 1996; Kapoor, Compton, 2002). Согласуется с перекрыванием среди трёх моторов и то, что KLP3A у дрозофилы не вызывает нарушений (Goshima, Vale, 2003; Kwon et al., 2004).
подтверждено также, что HKIF4A м. иметь дополнительную, возможно комплементарную функцию в качестве критического компонента конденсации хромосом. Мы нашли, что HKIF4A взаимодействует с обоими конденсиновыми I и II комплексами, а истощение белка ведет к гиперконденсации хромосом. Подобно конденсиновым I и II комплексам, topoisomerase II и некоторым конденсиновым субъединицам, HKIF4A локализуется в виде альтернативного точечного паттерна вдоль осей метафазных хромосом (Maeshima, Laemmli, 2003; Ono et al., 2003). Удаление HKIF4A с хромосом, по-видимому, частично делокализует конденсиновые субъединицы с хромосомных осей, что согласуется с их физическим взаимодействием. Мы полагаем, что HKIF4A м. функционировать как молекулярный линкер и/или спейсер между белками и ДНК конденсированных хромосом, внося тем самым вклад в организацию более высокого порядка метафазных хромосом. Их истощение м., по-видимому, вызывать коллапс хромосомных волокон, приводя к наблюдаемому фенотипу гиперконденсации. HKIF4A м. вместе с конденсинами и др. гегистоновыми белками формировать структурный остов метафазных хромосом (Earnshaw, Laemmli, 1983; Hudson et al., 2003; Swedlow, Hirano, 2003; Gassman et al., 2004; Strick et al., 2004). В согласии с такой ролью HKIF4A находятся и множественные дефекты как структуры хромосом, так и организации митотического веретена. Сходные фенотипы, включая образование анафазных мостиков, наблюдали в исследованиях ингибирования функции компонентов кухни конденсации хромосом (Saka et al., 1994; Steffensen et al., 2001; Kaitna et al., 2002; Lavoie et al., 2002; Chang et al., 2003; Coelho et al., 2003; Hagstrom, Meyer, 2003; Hudson et al., 2003; Somma et al., 2003; Wignall et al., 2003; Ono et al., 2004). Эти результаты указывают на функциональную связь между конденсацией хромосом и последующими ступенями расхождения хромосом.
|