Ступень сегрегации хромосом выполняется с помощью аппарата веретена, которые залавливает реплицирующиеся хромосомы биполярным образом во время прометафазы. В анафазе веретено затем растаскивает сестринские хроматиды в противоположных направлениях, так что формируются две генетически идентичные дочерние клетки во время цитогенеза. Этот механизм расхождения хромосом существенно зависит от того факта, остаются ли сестринские хроматиды физически связаны др. с др. с момента их синтеза в S фазе и вплоть до того, когда они разделяются значительно позднее в анафазе. Без этой слипчивости сестринские хроматиды могут быть оделены одна от др. ещё до того как хромосомы достигнут полюсов веретена, и тогда равное распределение сестринских хроматид в формирующиеся дочерние клетки станет невозможным. Идентификация молекулярных механизмов слипчивости сестринских хроматид, следовательно, важна для понимания цикла клеточного деления в клетках эукариот.

Во время репликации ДНК сестринские хроматиды оказываются автоматически переплетены в местах, где сталкиваются репликационные вилки (Sundin and Varshavsky 1980), и подобные сцепления д. быть разрешены с помощью topoisomerases прежде, чем сестринские хроматиды будут разделены в анафазе (DiNardo et al. 1984). Предполагается, что слипчивость может быть обеспечена сцеплений ДНК (Murray and Szostak 1985). Сцепления и в самом деле могут обеспечивать до некоторой степени слипчивость сестринских хроматид, если активность topoisomerases экспериментально подавлена (Vagnarelli et al. 2004; Toyoda and Yanagida 2006). Однако неясно, необходимы ли эти сцепления для слипчивости сестринских хроматид при физиологических условиях; т.e., когда активны topoisomerases. Для целых хромосом этот вопрос не может быть решен,т.к. сегодня нельзя создавать реплицированные хромосомы, в которых сестринские хроматиды не сцеплены др. с др. Однако сегодня хорошо известно, что сцепления недостаточно для слипчивости, т.к. идентифицировано несколько белков, которые существенны для кохезии и которые, по-видимому, не регулируют сцепления между сестринскими хроматидами. Для минихромосом дрожжей недавно было показано, что эти белки могут обеспечивать слипчивость в отсутствие сцепления (Ivanov and Nasmyth 2007). По кайней мере, для малых циркулярных хромосом сцепление не важно для слипчивости (Koshland and Hartwell 1987; Guacci et al. 1994).

Первые белки, которые оказались существенны для слипчивости, были идентифицированы с помощью генетического скрининга по мутациям, которые преждевременно разделяют сестринские хроматиды до анафазы или во время мейоза I у мух Drosophila melanogaster (Davis 1971; Kerrebrock et al. 1992; Miyazaki and Orr-Weaver 1992) или во время митозов у почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae (Guacci et al. 1997; Michaelis et al. 1997). Некоторые из этих белков были также открыты независимо при скрининге мутантов S. cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe (fission yeast) и Aspergillus nidulans, которые дефектны по репарации повреждений ДНК или сегрегации хромосом (Birkenbihl and Subramani 1992; Denison et al. 1993; Strunnikov et al. 1993; Holt and May 1996). Некоторые из этих белков слипчивости (Smc1, Smc3, Scc1/Mcd1/Rad21, and Scc3/Irr1) оказались субъединицами белковых комплексов, наз. "cohesin", чтобы подчеркнуть их важную роль в слипчивости сестринских хроматид (Losada et al. 1998; Toth et al. 1999; Sumara et al. 1000). Важно, что cohesin был обнаружен в ассоциации с хромосомами почкующихся дрожжей с поздней G1 фазы и вплоть до метафазы; т.e., когда существует слипчивость, но не в анафазе, когда слипчивость отсутствует [Michaelis et al. 1997). Это наблюдение указывает на то, что cohesin сам по себе может быть "клеем", который соединяет сестринские хроматиды. Эта гипотеза была подтверждена многочисленными наблюдениями и экспериментальными тестами (for review, see Nasmyth 2005). Сюда входят находки, что мутации cohesin у дрожжей, которые неспособны ассоциировать с хромосомами, не могут поддерживать слипчивость (Arumugam et al. 2003; Weitzer et al. 2003; Gruber et al. 2006) и что экспериментально индуцированное протеолитическое расщепление cohesin достаточно для удаления cohesin с хромосом и для устранения слипчивости (Gruber et al. 2003). Важно, что одна субъединица cohesin, Scc1, обычно расщепляется с помощью протеазы separase во время метафазы каждого клеточного цикла и это событие необходимо и достаточно для высвобождения cohesin от хромосом и для устранения слипчивости между сестринскими хроматидами (Uhlmann et al. 1999, 2000). Эти наблюдения указывают, что у почкующихся дрожжей cohesin сам по себе является частью структуры, которая обеспечивает слипчивость путем физического соединения сестринских хроматид.

Первоначальны генетический скрининг также идентифицировал белки, которые, как позднее было установлено, вносят вклад с слипчивость более опосредованно, или за счет ассоциации cohesin с ДНК (Sec2) (Michaelis et al. 1997; Toth et al. 19991, делая возможным установление слипчивости во время S фазы (Eco2/ Ctf7) (Skibbens et al. 1999; Toth et al. 1999|, или за счет предупреждения преждевременного удаления слипчивости хромосом до анафазы (Mei-S332/Sgo1) (Davis 1971; Kerrehrock et al. 1992; Kitajima et al. 2004; Marston et al. 2004; Rabitsch et al. 20041 (securin1 (Funabiki et al. 1996; Yamamoto et al. 1996). Для всех этих белков и для самого cohesin идентифицированы гомологи в клетках животных и в большинстве случаев были тщательно тестированы, было также установлено, что эти белки необходимы для слипания сестринских хроматид. Принципиальные механизмы, c помощью которых клетки эукариот соединяют свои сестринские хроматиды, оказались сильно законсервированы в ходе эволюции, как и многие др. аспекты клеточного цикла и биологии хромосом. Однако, несмотря на эти сходства, существуют также неожиданные многочисленные различия между дрожжами и высшими эукариотами в том, как слипчивость регулируется и как распределяется вдоль ДНК.

Хотя хорошо известно, что cohesin и его регуляторные белки существенны для слипчивости сестринских хроматид, это не единственная функция cohesin's. Многочисленные недавние исследования показали, что cohesin также играет важные роли в путях повреждений ДНК и в регуляции генной экспрессии как в пролиферирующих, так и постмитотических клетках. Наиболее из известных ролей cohesin's в реакции на повреждения ДНК могут быть объяснены их функцией с слипчивости сестринских хроматид, но, по крайней мере, некоторые из ролей cohesin's в регуляции генов независимы от их cohesion функции. Было продемонстрировано, что cohesin обеспечивает слипчивость и генную регуляцию посредством одного и того же молекулярного механизма, но разумно предположить, что cohesin осуществляет обе свои функции непосредственно за счет ассоциации с ДНК.

Architecture of the cohesin core complex

Во всех случаях, где cohesin комплексы были выделены, идентифицированы 4 стержневые субъединицы (Fig. 1A; Table 1). Топология и структура этих субъединиц охарактеризована лучше всего у почкующихся дрожжей (Haering et al. 2002, 2004), но последовательность консервации этих белков и биохимические и электронно-микроскопические наблюдения показывают, что cohesin комплексы у др. видов очень сходны по своей структуре (Losada et al. 1998; Sumara et al. 2000; Anderson et al. 2002).

Две стержневые cohesin субъединицы , Smc1 и Smc3, являются членами "structural maintenance of chromosomes" (SMC) семейства, члены которого являются крупными ATPases с необычной доменовой организацией (Strunnikov et al. 1993; Michaelis et al. 1997). Полипептидные цепточки SMC белков складываются назад на самих себя через централный шарнирный "hinge" домен, это сопровождается формированием расширенной в 45-nm-длиной антипараллельной биспиральной структуры (Fig. 1A; Melby et al. 1998, Haering et al. 2002; Hirano and Hirano 20021. На др. конце coiled-coil домена формируется глобулярная ATPase "головка" c помощью N- и C-терминальных последовательностей. Внутри cohesin, шарнирные домены Smc1 and Smc3 тесно соединяются др. с др., тогда как ATPase головки обоих белков физически соединяются c помощью Scc1 субъединицы (Haering et al. 2002). Scc1 является членом семейства белков, наз. kleisins (согласно греческому слову bridge) поскольку эти субъединицы "образуют мостики" между ATPase головками в разных SMC комплексах (Schleiffer et al. 2003).

Рис.1. | The cohesin complex.

Табл.1
Cohesin subunits and associated proteins

В случае Scc1 N конец соединяется с ATPase доменом Smc3, а C конец соединяется с Smc1. Поскольку Smc1 и Smc3 соединяются др. с др. обоими своими концами, на одном конце посредством своих шарнирных доменов и на др. c помощью Scc1 посредством своих ATPase доменов, то образуется кольцеобразная структура с наружным диаметром в 50 nm (Hatring et al. 2002). Существование этого специфического субъединичного расположения подтверждается также ЭМ изображениями очищенных cohesin комплексов позвоночных (Fig. 1B; Anderson et al. 2002) и c помощью кристаллических структур субкомплексов cohesin или родственных SMC комплексов (Haering et al. 2002, 2004). Scc1 является ещё одной ассоциированной четвертой субъединицей стержневого комплекса cohesin, наз. Scc3, чья структура ещё не определена. В соматических клетках позвоночных существуют два близко родственных Scc3 гомолога, наз. stromalin antigens 1 и 2 (SA1 и SA2). Оба белка являются субъединицами cohesin комплексов, которые содержат или SA1 или SA2, но никогда оба (Losada et al. 2000; Sumara et al. 2000). В соматических клетках cohesin^SA1 почти втрое более многочисленен, чем cohesin^SA2, тогда как яйца Xenopus содержат в 10 раз больше cohesin^SA1, чем cohesin^SA2. Функциональные различия между cohesin^SA1 и cohesin^SA2 ещё не установлены.

Cohesin-associated proteins

В дополнение к стержневым компонентам идентифицированы три др. белка, ассоциированные с cohesin. Одним из этих белков является Pds5 (Denison et al. 1993; van Heemst et al. 1999), чьи последовательности хорошо законсервировались в ходе эволюции и характеризуются многочисленными HEAT повторами (Panizza et al. 2000), которые, как известно, действуют как домены взаимодействия с др. белками. Клетки позвоночных содержат два гомолога Pds5, Pds5A и Pds5B, которые могут ассоциировать как с cohesin^SA1, так и cohesin^SA2 (Sumara et al. 2000; Losada et al. 2005). Соматические клетки позвоночных поэтому содержат, по крайней мере, 4 разных типа cohesin, содержащие или SA1 или SA2, и или Pds5A или Pds5B. У ддрожжей, червей и Drosophila, Pds5 является существенным для слипчивости (Hartman et al. 2000; Panizza et al. 2000; Tanaka et al. 2001; Stead et al. 2003; Wang et al. 2003; Dorsett et al. 2005), тогда как истощение Pds5A или Pds5B из клеток позвоночных не оказывают эффекта или оказывают незначительный эффект на слипчивость (Losada et al. 2005; Zhang et al. 2007). Следовательно, возможно, что Pds5A and Pds5B обладают перекрывающейся функцией на слипание сестринских хроматид.

У позвоночных cohesin комплексы также ассоциируют с Wapl (Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006), белком, который первоначально был открыт у Drosophila, , где он участвует в формировании гетерохроматина (Perrimon et al. 1985; Vemi et al. 2000). Подобно Pds5, Wapl содержит повторяющиеся последовательности, которые могут обеспечивать межбелковые взаимодействия. В противоположность ситуации с Pds5, последовательности Wapl слабо законсервированы у грибов, но S. cerevisiae и S. pombe содержат удаленно родственный белок, который наз. Rad61 у почкующихся дрожжей (Kueng et al. 2006). Недавно было показано, что Rad61 ассоциирует также с cohesin у S. cercvisiae (Ben-Shahar et al. 2008), указывая тем самым, что Rad61 представляет собой ортолог Wapl. Rad61 поэтому называется сейчас как Wapl1. У позвоночных соединение Wapl с cohesin зависит от присутствия Scc1 и SA1/SA2 (Kueng et al. 2006), а рекомбинантный Wapl формирует комплекс с Scc1 и SA1 (Gandhi et al. 2006). В лизатах клеток человека Wapl кроме того присутствует в разных субкомплексах с Pds5A (Kueng et al. 2006). Следовательно, возможно, что Wapl и Pds5 формируют гетеродимер, который взаимодействует с cohesin за счет ассоциации с SA1/SA2 или Scc1. В отличие от стержневых субъединиц cohesin, Wapl не нужен для слипчивости сестринских хроматид в клетках позвоночных. Вместо этого Wapl необходим для удаления cohesin комплексов с хроматина (Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006). Сходная функция была описана для Wapl1 у S. pombe (Bernard et al. 2008). Неожиданно др. ситуация наблюдалась у Drosophila и почкующихся дрожжей, у которых Wapl/Rad61 инактивация вызывает умеренные дефекты слипчивости, в случае Drosophila специфически в гетерохроматиновых регионах (Verni et al. 2000; Warren et al. 2004). Молекулярные основы этих фенотипических различий пока неясны.

Третий фактор взаимодействия с cohesin наз. sororin, небольшой белок, который первоначально был обнаружен как субстрат для ubiquitin ligase в anaphase-promotin complex/cyclosome (APC/C) (Rankin et al. 2005). Подобно cohesin, sororin существенен для слипчивости сестринских хроматид (Rankin et al. 2005; Diaz-Martinez et al. 2007b; Schmitz et al. 2007). однако в противоположность Pds5, Wapl и стержневым субъединицам cohesin, sororin был идентифицирован только у позвоночных и его последовательности значительно менее консервативны по сравнению с др. белками слипчивости, даже у позвоночных. Как sororin взаимодействует с cohesin неизвестно.

Meiotic cohesin complexes

Схожие, однако отличающиеся cohesin комплексы существуют в мейотических клетках. Эти клетки подвергаются двумя раундам сегрегации хромосом без вмешательства репликации ДНК, так что гаплоидные зародышевые клетки генерируются из диплоидных клеток предшественников. Мейоз I отличается фундаментально от митоза, т.к. гомологичные хромосомы отделяются др. от др. во время мейоза I, тогда как сестринские хроматиды разделяются только в мейозе II (for review, see Petronczki et al. 2003; Marston and Amon 2004; Watanabe 2004). Этот необычный процесс зависит от способности мейотических клеток формировать "биваленты" за счет спаривания гомологичных хромосом и от способности ко-ориентировать кинетохоры сестринских хроматид в эти биваленты. Как результат оба сестринских кинетохора прикрепляются к одному и тому же полюсу веретена в мейозе I. Важно, что при первом переходе метафаза-анафаза cohesin удаляется только с хромосомных плеч, тогда как cohesin поддерживает слипчивость центромер вплоть до метафазы мейоза II. Такое ступенчатое удаление cohesin засисит от замены kleisin субъединицы Scc1 мейоз-специфичным паралогом, наз. Rec8 (Klein et al. 1999; Watanabe and Nurse 1999). Мейотические изоформы др. кохезиновых субъединиц также существуют (Table 1). млекопитающих, Smc1 и SA1/ SA2 могут быть замещены на Smc1B и STAG3, соотв. (Pezzi et al. 2000; Prieto et al. 2001; Revenkova et al. 2001, 2004), а у делящихся дрожжей Scc3 ортолог Psc3 сосуществует с родственным Rec11 белком в мейотических клетках (Kitajima et al. 2003a).

Rec8 ортологи были охарактеризованы у многих видов (Pasierbek et al. 2001; Xu et al. 2005; for review, see Nasmyth and Haering 2005), включая Drosophila, где Rec8-родственный белок, наз. C(2)M, также экспрессируется во время мейоза (Heidmann et al. 20041. Однако необходимо выяснить, выполняет ли C(2)M те же самые функции, что и Rec8, поскольку инактивация C(2)M вызывает менее тяжелые дефекты, чем делеция Rec8 в мейотических дрожжевых клетках. Это может быть обусловлено частичным перекрыванием между C(2)M и Scc1, который у многих организмов также экспрессируется на низких уровнях в мейозе (discussed in Nasmyth 2005). Напротив более удаленные родственные белки могут функционально замещать Rec8. Это предполагается для белка ORD, который обнаруживает наибольшее функциональное сходство с Rec8 , чем C(2)M, хотя ORD отличается по своим последовательностям от kleisins (Miyazaki and Orr-Weaver 1992; Bickel et al. 1996; Khetani and Bickel 2007).

Cohesin-related complexes

Smc1 и Smc3 не только часть cohesin, было также установлено, что они являются субъединицами рекомбинационного комплекса, который был очищен из клеток тимуса телят (Jcssberger et al. 1996; Stursberg et al. 1999). Этот комплекс назван RC-1 и содержит помимо ДНК полимеразы ε, DNA ligase III и endonuclease. Белки близко родственные Smc1 и Smc3 обнаружены также в др. белковых комплексах. Интересно, что все они взаимодействуют с хроматином и необходимы для различных аспектов структуры и расхождения хромосом. Эукариотические клетки содержат 4 дополнительных SMC белка (for review, see Nasmyth and Haering 2005). Smc2 and Smc4 формируют гетеродимеры, которые являются частью двух разных комплексов, наз. condensin I и condensin II. Каждый из них содержит три уникальные не-SMC субъединицы, субъединицу kleisin и два белка с HEAT повторами. Эта ситуация удивительно сходна с составом cohesin комплексов, которые ассоциируют с Wapl и Pds5 белками, которые также содержат HEAT повторы. Однако condensin комплексы участвуют в основном в конденсации и сегрегации хромосом. Smc5 и Smc6 собираются в отдельный комплекс с некоторыми не-SMC белками. Эти комплексы также необходимы для сегрегации хромосом и репарации повреждений ДНК.

Удивительно SMC комплексы существуют также у бактерий, где одиночный SMC белок собирается в гомодимер, который может ассоциировать с kleisin субъединицей (Britton et al. 1998; Melby et al. 1998; Moriya et al. 1998; Mascarenhas et al. 2002; Schleiffer et al. 2003). Эти белки выполняют также важные функции в структуировании ДНК в нуклеоиды бактерий и в сегрегации бактериальных хромосом. Находки, что SMC комплексы существуют у прокариот, указывают на то, что эти белки существовали до гистонов и что механизм, c помощью которого SMC белки структуируют ДНК значительно более древний, чем организация ДНК c помощью нуклеосом.

Наконец, эукариотические клетки также содержат белок, который более удаленно родственен SMCs, наз. Rad50, который участвует в репарации двойных разрывов ДНК (DSB) . Подобно SMC белкам Rad50 содержит ABC-типа ATPase домены, длинную анити-параллельную биспиральную область и формирует гомодимеры. Однако структура шарнирного домена Rad50's сильно отличается от шарнирного домена в SMC белках, указывая тем самым, что Rad50 может взаимодействовать с ДНК по другому, чем cohesin (Hopfner et al. 2000, 2002).

Evidence that cohesin is required for sister chromatid cohesion in animal cells

У почкующихся дрожжей генетический скрининг на cohesion мутации выявил, что cohesin гены существенны для слипчивости сестринских хроматид. В клетках позвоночных, однако, роль cohesin в слипчивости сестринских хроматид остается менее ясной, частично из-за того, что деплеция cohesin из экстрактов яиц Xenopus вызывает лишь легкие дефекты слипчивости (Losada et al. 1998), и частично из-за того, что большинство кохезиновых комплексов удаляется из хромосом уже во время профазы; т.e., прежде, чем исчезает слипчивость при переходе от метафазы к анафазе (Fig. 2; Losada et al. 1998; Sumara et al. 2000). Эта ситуация очень отлична от таковой у почкующихся дрожжей, где инактивация cohesin вызывает сильные дефекты слипчивости и где удаление cohesin с хромосом совпадает с началом анафазы.

Рис.2. | Regulation of sister chromatid cohesion during the vertebrate cell cycle.

В частности находка, что cohesin у позвоночных удаляется с хромосом посредством профазного пути, первоначально вызвала сомнения, может ли вообще cohesin поддерживать слипчивость во время ранних митозов в клетках млекопитающих. Однако затем было показано, что небольшие количества cohesin сохраняются на хромосомах млекопитающих вплоть до метафазы (Hoque and Ishikawa 2000; Waizenegger et al. 2000; Hauf et al. 2001; Gerlich et al. 2006). эти комплексы составляют около 10% от всех cohesin комплексов и в микроскопических экспериментах они обнаруживали стабильную экспрессию нагруженных эпитопом cohesin субъединиц. Важно, что этими комплексами богаты центромеры, места митотических хромосом, где cohesion сохраняется наиболее устойчиво вплоть до метафазы и эта субпопуляция cohesin удаляется с хромосом непосредственно перед разделением сестринских хроматид, что согласуется с ролью этих комплексов в слипчивости (Waizenegger et al. 2000; Gerlich et al. 20061. Локализация cohesin в клетках Xenopus и Drosophila (Losada et al. 2000; Warren et al. 2000; Valdeolmillos et al. 2004) и Pds5 ортолога Spo76 у гриба Sordaria (van Heemst et al. 1999) указывает на то, что сходная ситуация может существовать и у многих др. организмов.

Мнение, что cohesin существенен также для слипания сестринских хроматид и у позвоночных и др. животных тем временем было подтверждено многочисленными наблюдениями. Когда cohesin истощался из культивируемых клеток Drosophila, цыплят или млекопитающих, то обнаруживались преждевременно разделившиеся сестринские хроматиды в клетках в прометафазе (Sonoda et al. 2001; Vass et al. 2003; Toyoda and Yanagida 2006; Watrin et al. 2006). Сходная ситуация наблюдалась, когда доминантно-негативные мутации Scc1 экспрессировались в культивируемых клетках млекопитающих (Hoque and Ishikawa 2002). Эти фенотипы, по-видимому, вызывались дефектами слипчивости, которые возникали во время S и G2 фазы, т.к. эксперименты по fluorescence in situ hybridization (FISH) показали, что деплеция cohesin ведет к увеличению расстояний между сестринскими хроматидами уже во время G2 фазы (Sonoda et al. 2001; Schmitz et al. 2007). Однако возможно, что дефекты слипчивости становились особенно отчетливыми во время ранних этапов митозов, т.к. профазный путь удалял большую массу cohesin с хромосом в это время и это могло способствовать обнаружению фенотипов слипчивости в клетках, в которых cohesin был истощен только частично. Мнение, что cohesin выполняет важную функцию в слипчивости подтвердили также эксперименты, в которых профазный путь диссоциации cohesin подвергался изменениям. Если защита cohesin от этого пути утеряна вследствие истощения белка shugoshin 1 (Sgo1), то cohesin отделялся от хромосом преждевременно и слипчивость терялась в прометафазе (Salic et al. 2004; Tang et al. 2004; Kitajima et al. 2005; McGuinness et al. 2005). Напротив, ингибирование профазного пути приводило к формированию митотических хромосом с необычно высокими количествами связанного cohesin и с сестринскими хроматидами, которые оказывались соединены более прочно др. с др., чем в норме (Losada et al. 2002; Gimenez-Abian et al. 2004; Hauf et al. 2005; Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006). Эти наблюдения показали, что cohesin важен для слипчивости сестринских хроматид не только у дрожжей, но и в клетках высших эукариот, несмотря на тот факт, что только очень небольшие количества cohesin остаются на хромосомах на ранних стадиях митозов.

How does cohesin interact with DNA?

Давно предполагалось, что cohesin обеспечивает слипчивость сестринских хроматид путем прямого взаимодействия с молекулами ДНК сестринских хроматид. Первоначальные модели предполагали, что ATPase головки Smc1 и Smc3 могут непосредственно контактировать с ДНК (Nasmyth et al. 2000), и в соответствии с этой возможностью наблюдалось, что рекомбинантные фрагменты Smc3 и очищенные cohesin стержневые комплексы могут соединяться с ДНК in vitro (Akhmedov et al. 1999; Losada and Hirano 2001; Sakai et al. 2003; Kagan-sky et al. 2004). Однако это отличалось от загрузки cohesin на ДНК in vivo (see below), эти взаимодействия не зависят от АТФ и возникающие в результате взаимодействия, по-видимому, обладают низким сродством. Поэтому неизвестно до какой степени эти взаимодействия in vitro отражают то, как cohesin ассоциирует с ДНК in vivo. В дальнейшем было обнаружено, протеолитическое расщепление или Scc1 или Smc3 нарушает связывание cohesin с хроматином in vivo (Gruber et al. 2003), а укороченные cohesin комплексы, лишенные шарнирного домена, могут подобным же образом не ассоциировать с хроматином (Weitzer et al. 2003). Эти наблюдения показывают, что ATPase головки cohesin недостаточны для связывания ДНК.

Поскольку Smc1, Smc3 и Scc1 субъединицы cohesin соединяются др. с др. таким способом, который создает трехсоставную структуру, более недавняя модель предполагает, что cohesin обеспечивает слипчивость путем обхвата реплицирующейся молекулы ДНК как кольцо (Haering et al. 2002; Gruber et al. 2003). Согласно этой "ring" модели, cohesin не должен контактировать с ДНК непосредственно, а вместо этого д. соединять сестринские хроматиды топологическим образом (Fig. 1A). Эта гипотеза привлекательна, поскольку она хорошо объясняет протеолитическое расщепление или Scc1 или Smc3, вызывающего диссоциацию cohesin от ДНК и приводящего к потере слипчивости (Uhlmann et al. 2000; Gruber et al. 2003), и то, почему в дрожжевых клетках cohesin соединяется с ДНК независимым от последовательностей способом (see below). Модель кольца подтверждается также рядом дополнительных экспериментальных наблюдений: Cohesin может диссоциировать с циркулярных минихромосом, если они линеализируются рестрикционными энзимами (Ivanov and Nasmyth 2005), и также в этом случае теряется слипчивость между реплицирующимися минихромосомами (Ivanov and Nasmyth 2007). Если субъединицы cohesin слиты др. с др. c помощью генетических манипуляций, то cohesin не может больше ассоциировать с ДНК, это согласуется с возможностью, что cohesin кольца открыты, чтобы загрузиться на ДНК (Gruber et al. 2006). Наконец, если cohesin загружается на ДНК и cohesin субъединицы затем ковалентно связываются др. с др. посредством химических поперечных связей in vitro, то cohesin-ДНК взаимодействия и слипчивость между минихромосомами становится устойчивой даже к денатурирующим условиям (Hacring et al. 200S).

Данные модели показывают, что два cohesin комплекса формируют симметричные димерные структуры, которые физически соединяют сестринскрие хроматиды ("snap" или "handcuff" модель), или что cohesin собирается в крупные олигомеры на ДНК ("bracelet" модель) (C.E. Huang et al. 2005). Эти модели трудно тестировать из-за проблем изучения белков, когда они связаны с хроматином, но ока нет доказательств для олигомеризации cohesin (Haering et al. 2002, 2008, Gruber et al. 2003; Weitzer et al. 2003).

Cohesin-binding sites in eukaroytic genomes

Chromosome arm regions

Cohesin-связывающие сайты впервые были идентифицированы с помощью chromatin immunoprecipitation (ChIP) техники в геноме почкующихся дрожжей. Эти эксперименты показали, что cohesin соединяется с дискретными cohesin attachment regions (CARs) на хромосомных плечах и с крупным доменом, окружающим центромеры (Blat and Kleckner 1999; Megee et al. 1999; Tanaka et al. 1999). Сайты на плечах ~0.8 kb размером и в среднем удалены др. от др. на расстояние в среднем 10 kb (Laloraya et al. 2000). Не выявлено специфических последовательностей элементов в CARs, но в них отмечается повышенное содержание A/T (Blat and Kleckner 1999), и >80% от всех CARs обнаруживается в межгенных регионах в сайтах конвергентной транскрипции (Glynn et al. 2004; Lengronnc et al. 2004,- Lindroos et al. 2006). Интересно, что микроскопические наблюдения и ChIP эксперименты показали, что распределение cohesin отличается от ДНК-связывающего паттерна Scc2 (Ciosk et al. 2000; Lengronne et al. 2004), белка, который необходим для загрузки cohesin на ДНК (see below). Интересное значение этих результатов заключается в том, что или cohesin или Scc2 может перемещаться в др. места на ДНК как только происходит реакция загрузки. Базируясь на ChIP экспериментах и в самом деле было предположено, что cohesin сначала загружается на Scc2 сайты, но затем он перемещается с помощью RNA polymerase II транскрипционного аппрата на места конвергентной транскрипции (Lengronne et al. 2004; Bausch et al. 2007). Могут ли cohesin кольца скользить вдоль ДНК во время этого процесса релокализации или они удаляются с ДНК и затем повторно загружаются, пока неизвестно.

В клетках животных также идентифицированы недавно дискретные cohesin-связывающие сайты в неповторяющихся частях генома, но эти сайты отличаются различным образом от CARs у почкующихся дрожжей. У Drosophila, cohesin преимущественно соединяется с транскрибируемыми регионами и в противоположность ситуации у почкующихся дрожжей, было предположено, что RNA polymerase II-обеспечиваемая транскрипция облегчает связывание cohesin, вообще-то за счет расправления хроматина (Misulovin et al. 2008). Также в противоположность ситуации у почкующихся дрожжей Drosophila Scc2 ортолог Nipped-B, как сообщалось, колокализуется с cohesin на хромосомах (Misulovin et al. 2008).

В клетках млекопитающих, Scc2-связывающие сайты пока не идентифицированы, а для cohesin наблюдается довольно отличающийся паттерн связывания по сравнению с Drosophila (Parelho et al. 2008; Wendt et al. 2008]. В клетках человека приблизительно половина от всех идентифицированных cohesin сайтов присутствет в межгенных регионах, но многие сайты обнаруживаются также в интронах (35%) и в регионах, которые или непосредственно выше или ниже генов (13%) (Wendt et al. 2008). Сравнивая общие частоты этих последовательностей в геноме человека, установили, что cohesin-связывающие сайты рядом с генами обогащены в двое или в трое, это согласуется с возможностью, что эти сайты выполняют некую роль в регуляции генов (see below). Не отмечается очевидного обогащения cohesin в сайтах конвергентной транскрипции, вообще-то из-за того, что межгенные регионы значительно больше в геномах позвоночных (Parelho et al. 2008; Wendt et al. 2008). В отличие от дрожжей нет доказательств, что транскрипция меняет паттерн связывания cohesin с активными генами (Parelho et al. 200S; Wendt et al. 2008). Эти наблюдения показывают, что у позвоночных транскрипционный аппарат не постоянно удаляет cohesin с ДНК, хотя возможно, что cohesin временно диссоциирует, когда РНК полимеразы движутся вдоль ДНК.

Интересно, что большинство cohesin сайтов, котрые были идентифицированы с помощью ChlP-chip в клетках млекопитающих, также связываются с помощью белков zinc finger, наз. CCGTC-binding factor (CTCF) (Parelho et al. 2008; Rubio et al. 2008, Stedman et al. 2008, Wendt et al. 2008). Если CTCF истощен, то, cohesin не способен накапливаться на CTCF сайтах, хотя хотя cohesin может всё ещё ассоциировать с ДНК и обеспечивать слипчивость сестринских хроматид (Parelho et al. 2008; Wendt et al. 2008). Напротив, cohesin не является существенным для рекрутирования CTCF на его сайты связывания. CTCF может, следовательно, позиционировать cohesin в специфических сайтах, с которыми CTCF соединяется посредством своего sine finger домена. Ка CTCF рекрутирует cohesin на эти сайты неизвестно. Сообщалось, что CTCF может ко-иммунопреципитироваться с cohesin (Stedman et al. 2008), но такие взаимодействия не выявлены в др. исследовании (Wendt et al. 2008). Поэтому возможно, что cohesin взаимодействует с CTCF лишь временно или только когда связан с ДНК. Альтернативно, CTCF может индуцировать образование ДНК структур, которые косвенно ведут к накоплению cohesin в этом сайте. Пока неизвестно, может ли связываться cohesin с ДНК в отсутствие CTCF, вообще то т.к. cohesin довольно равномерно распределен вдоль ДНК в этих условиях и может, следовательно, не так легко выявляться с помощью ChlP-chip метода. Сходным образом предстоит выяснить присутствует ли при нормальных условиях cohesin только на CTCF сайтах, или в небольших количествах cohesin присутствует также в др. регионах геномов млекопитающих.

Centromeres

У всех пока изученных видов cohesin соединяется также с центромерной ДНК. Связываение кохезина с этими сайтами, как полагают, чрезвычайно важно, поскольку центромеры непосредственно подвергаются действию тянущих сил веретена в митоза. Сестринские центромеры могут противостоять этим силам вплоть до метафазы, для которой слипчивость сестринских хроматид существенна (Tanaka et al. 2000; Eckert et al. 2007). Кроме того, слипчивость может помогать ориентации сестринских кинетохор в направлении противоположных полюсов веретена, геометрия которых облегчает би-ориентацию хромосом на веретене. У почкующихся дрожжей, где центромеры лишь на 120 п.н. короче (Clarke and Carbon 1985), cohesin соединяется с крупным перицентрическим доменом, который распространяется белее чем на 20-50 п.н. (Weber et al. 2004; Kiburz et al. 2005). Концентрация cohesin на центромерах зависит от белков, которые существенны для сборки кинетохор, таких как Mif2 и H3-родственный стержневой гистон Cse4, которые являются ортологами Cenp-C и Cenp-A у млекопитающи, соотв. (Tanaka et al. 1999). Центромерная ДНК также обязательна для связывания cohesin с перицентрическими доменами (Megee et al. 1999; Weber et al. 2004). У почкующихся дрожжей центромеры, следовательно, функционируют как "энхансеры" связывания cohesin (Weber et al. 2004; Kiburz et al. 2005). Несмотря на сильное обогащение cohesin этих мест, сестринские центромеры могут временно отделяться одна от др. во время метафазы (Goshima and Yanagida 2000; Tanaka et al. 2000; He et al. 2000). Такое "breathing" центромер совпадает с потерей cohesin центромерной ДНК преимущественно в результате диссоциации cohesin комплексов, которые обеспечивают слипчивость (Eckert et al. 2007; Ocampo-Hafalla et al. 2007). Когда сестринские хроматиды ассоциирут повторно, то уровни cohesin в центромерной ДНК увеличиваются снова, возможно благодаря повторной загрузке cohesin.

У делящихся дрожжей cohesin также концентрируется в центромерах, хотя структура центромер очень отлична у этого вида по сравнению с почкующимися дрожжами. Центромеры делящихся дрожжей состоят из центральной основы, которая окружена большими инвертированными повторами, в которых концентрируется cohesin (Tomonaga et al. 2000; Watanabe et al. 2001). S. pombe ортолог heterochromatin protein 1 (HP1), Swi6, также располагается в наружных повторах (Nakayama et al. 2000; Partridge et al. 2000). Swi6 рекрутируется в эти регионы с помощью methyltransferase Clr4, которая создает места связывания для Swi6 путем метилирования гистона H3 по лизиновому остатку 9 (Bannister et al. 2001; Nakayama et al. 2001). Интересно, что и Swi6 и Clr4 необходимы для накопления cohesin в наружных повторах центромер делящихся дрожжей (Bernard et al. 2001; Nonaka et al. 2002). Вследствие химического поперечного связывания физические взаимодействия могут быть выявлены между Swi6 и cohesin субъединицей Psc3 (ортолога почкующихся дрожжей Scc3), указывая тем самым, что Swi6 может выполнять непосредственную роль в рекрутировании или поддержании cohesin в перицентрическом гетерохроматине (Nonaka et al. 2002). Кроме того, протеин киназа Hsk1-Dfp1, ортолог Cdc7 позвоночных, также необходима для накопления cohesin в наружных посторах центромер делящихся дрожжей (Bailis et al. 2003).

В клетках животных центромеры состоят из больших и минорных "satellite" повторяющихся последовательностей. Минорные сателлиты формируют центрических хроматин, на котором собираются кинетохоры, тогда как крупные сателлиты формируют перицентрических гетерохроматин. Подобно ситуации у делящихся дрожжей изоформа HP1 специфически накапливается в крупных сателлитных повторах (Guenatri et al. 2004), на которые HP1 рекрутируется с помощью Clr4-родственной histone methyltransferase, наз. Suv39h (Rea et al. 2000; Bannister et al. 2001). В ChIP экспериментах соединение cohesin с крупными сателлитными повторами может быть определено (Koch et al. 2007), но неизвестно может ли быть связывание cohesin ограничено этими перицентрическими регионами, и является ли это связывание более обогащенным по сравнению со связыванием cohesin регионами плеч. При экспериментах с иммунофлюоресцентной микроскопией можно видеть концентрацию cohesin в центромерах митотических хромосом, но это накопление, по крайней мере в большей своей части, обусловлено избирательным удалением cohesin их хромосомных плеч с помощью профазного пути (see below]. Противоречивые результаты были получены относительно роли HP1 белков в регуляции уровней cohesin в центромерах клеток животных. Koch et al. (2007) установили, что ни ассоциация cohesin с крупными сателлитными повторами в интерфазе, ни накопление cohesin на митотических центромерах не уменьшаются существенно в клетках, которые лишены Suv39h, и в которых, следовательно, HP1 белки не могут рекрутироваться должным образом на перицентрический гетерохроматин. Напротив, уменьшение cohesin и частичные дефекты слипчивости наблюдаются в митотических клетках человека, в которых HP1α истощен (Yamagishi et al. 2008), или в которых доминантно-негативные формы HP1 белков экспрессируются избыточно (Inoue et al. 2008). Частичное уменьшение cohesin в центромерах наблюдалось также Su(var)3-9 мутантов Drosophila (Peng and Karpen 2007). Возможно, что накопление в центромерах HP1 является одним из нескольких частично перекрывающихся механизмов, с помощью которых cohesin рекрутируется на центромеры в клетках животных. Это мнение согласуется также с ситуацией у почкующихся дрожжей, где ортологи Clr4/Suv39h и Swi6/HP1 не существуют и где поэтому cohesin должен накапливаться в центромерах с помощью HP1-независимого механизма.

Transcriptionally silent chromatin

Хотя Swi6/HP1 белки не существуют у почкующихся дрожжей, имеются регионы в геноме S. cerevisiae, которые могут быть транскрипционно молчащими, такие как локусы типов спаривания и субтеломерные повторы. В обоих этих регионах идентифицированы cohesin-связывающие сайты (Laloraya et al. 2000). Роль некоторых из этих сайтов недавно была изучена в деталях с использованием элегантного подхода, с помощью которого молчащий хроматин в локусе HMR может быть иссечен из плеча хромосомы III в виде кусочка циркулярной ДНК (C.R. Chang et al. 2005; Dubey and Gartenberg 2007). Эта система позволяет анализировать слипчивость специфически в локусе HMR без помех от эффектов соседних регионов плеча хромосомы. Эти исследования установили, что слипчивость в HMR локусе зависит не только от cohesin, но и также от Sir2-4 silencing комплекса, который безразличен для слипчивости центромер (C.R. Chang et al. 2005). В локусе HMR установление слипчивости сестринских хроматид, но не её поддержание, также нуждается в присутствии соседнего tRNA гена и в рекрутировании RNA polymerase III на этот ген (Dubey and Gartenberg 2007). Как этот ген tRNA способствует установлению слипчивости во время репликации ДНК, неизвестно, но интересно, что ген tRNA специфически необходим для рекрутирования cohesin на только один из нескольких cohesin-связывающих сайтов в локусе HMR. Возможное значение этих находок заключается в том, что функционально разные cohesin-связывающие сайты могут существовать в локусе HMR, некоторые. которые участвуют в слипчивости и др., которые не делают этого, или которые, по крайней мере, недостаточны для генерации слипчивости (Dubey and Gartenberg 2007).

Эти исследования установили далее, что RSC комплекс ремоделирования хроматина необходим для слипчивости в локусе HMR (C.R. Chang et al. 2005). RSC также участвует в обеспечении слипчивости и в др. локусах (Baetz et al. 2004; Huang et al. 2004; C.R. Chang et al. 2005), а родственный SNFH2 комплекс, как сообщалось, загружает cohesin на посторяющиеся Alu последовательности в клетках человека (Hakimi et al. 2002), но точная роль RSC в слипчивости остается мало понятной и противоречивой (discussed in Riedel et al. 2004).

Loading of cohesin onto DNA

У почкующихся дрожжей cohesin ассоциирует с ДНК в конце G1 фазы (Guacci et al. 1997; Michaelis et al. 1997), тогда как ув клетках позвоночных загрузка cohesin на ДНК инициируется уже в телофазе вследствие реформации ядерной оболочки (Losada et al. 1998; Darwiche et al. 1999; Sumara et al. 2000; Gerlich et al. 2006). Это различие мможет быть связано с различиями с митотической регуляции cohesin у разных организмов. У почкующихся дрожжей большинство Scc1 расщепляется с помощью separase в метафазе (Uhlmann et al. 1999), а cohesin может, следовательно, накапливаться только, если separase инактивирована. У беспозвоночных, с др. стороны, большинство cohesin удаляется с хромосом с помощью профазного пути без расщепления Scc1, следовательно, cohesin доступен для связывания с ДНК в конце митоза.

У всех исследованных до сих пор организмов загрузка cohesin на ДНК зависит от комплекса из двух белков, наз. Scc2 и Scc4 (Furuya et al. 1998; Ciosk et al. 2000; Gillespie and Hirano 2004; Rollins et al. 2004; Takahashi et al. 2004, Bernard et al. 2006; Seitan et al. 2006; Watrin et al. 2006). Для cohesin дрожжей далее было показано, что соединение cohesin с ДНК также зависит от способности Smc1 и Smc3 связывать и гидролизовать АТФ (Arumugam et al. 2003; Weitzer et al. 2003), и было предположено, что шарнирный домен Smc1 и Smc3 открыт, что позволяет прохождение ДНК в cohesin кольцо (Gruber et al. 2006). Также биохимические эксперименты с использованием бактериальных SMC белков подтвердили, что шарнирный домен играет важную роль в реакции связывания ДНК (Hirano and Hirano 2006). Возможно, что Scc2/Scc4 комплекс способствует загрузке cohesin на ДНК благодаря стимуляции его ATPase активности, которая может в свою очередь сделать возможным временное открытие шарнирного домена. Как гидролиз АТФ может влиять на взаимодействия между шарнирными доменами непонятно, но интересно, что эксперименты с S. cerevisiae cohesin показали. что ATPase и шарнирный домены Smc1/Smc3 могут взаимодействовать др. с др. (McIntyre et al. 2007). Сходные взаимодействия были подтверждены для condensin, на базе экспериментов с atomic force микроскопией (Yoshimura et al. 2002). Интересно также отметить, что ATPase домены Smc1 и Smc3 родственны ABC транспортерам, чьи ATPase домены регулируют открытие трансмембранного канала. Эти изменения, как полагают, обеспечиваются с помощью гидролиза АТФ, который в свою очередь влияет на димеризацию между двумя ATPase доменами (Chen et al. 2003; Venter et al. 2003). Поэтому можно допустить, что сходные конформационные изменения в Smc1 и Smc3 могут быть необходимы для загрузки cohesin на ДНК.

Непосредственное участие Scc2/Scc4 в загрузке cohesin подтверждается наблюдением, что малая фракция cohesin ассоциирует с Scc2/Scc4 у S. cerevisiae, Drosophila и в экстрактах яиц Xcnopus (Toth et al. 1999; Gause et al. 2005; Takahashi et al. 2008). Эксперименты с Xenopus cohesin показали. что загрузка cohesin на ДНК зависит от эволюционно законсервированного C конца Scc2, который содержит несколько HEAT повторов (Takahashi et al. 2008). Плохо законсервированный N конец Scc2 необходим для связывания с Scc4, а комплекс из Scc4 и Scc2's на N конце достаточен для соединения с хроматином (Seitan et al. 2006; Takahashi et al. 2008). В клетках позвоночных Scc2 и Scc4 диссоциирует от хромосом во время митозов, указывая тем самым, что загрузка cohesin на ДНК ингибирована в этот период (Gillespie and Hirano 2004; Watrin et al. 2006). Напротив, недавние эксперименты на почкующихся дрожжах показали, что cohesin может быть загружен на центромерную ДНК во время митозов, когда временно разделенные сестринские хроматиды повторно ассоциируют во время "breathing" центромер. Неожиданно, этот процесс, по-видимому, не зависит от Scc2/Scc4 (Ocampo-Hafalla et al. 2007). Поэтому было бы интересно протестировать, существуют ли множественные пути, которые могут облегчать связывание cohesin с ДНК.

В эстрактах яиц ксенопус загрузка cohesin на ДНК также зависит от сборки prereplicative complexes (pre-RCs) на ДНК (Gillespie and Hirano 2004; Takahashi et al. 2004), в которые Scc2/Scc4 рекрутируются посредством соединения с протеин киназой Cdc7 и любой из её активирующих субъединиц Dbf4 или Dfr4 (Takahashi et al. 2008). Ортолог Cdc7 у делящихся дрожжей, Hskl, также необходим для связывания cohesin с перицентромерным гетерохроматином (Takcda et al. 2001; Bailis et al. 2003), указывая тем самым, что некоторые аспекты функции Cdc7 в загрузке cohesin могут быть законсервированы во время эволюции. У почкующихся дрожжей, однако, pre-RC белок Cdc6 безразличен для загрузки cohesin (Uhlmann and Nasmyth 1998), это говорит о том, что загрузка Scc2/Scc4 на ДНК может происходить с помощью разных механизмов у разных видов. Зависит ли загрузка cohesin на ДНК от pre-RCs у др. организмов, остается неизвестным, но наблюдение, что cohesin соединяется с ДНК во время телофазы в клетках млекопитающих-т.e., в то время, когда, как известно, собираются pre-RCs (Mendez and Stillman 2000)-согласуется с этой возможностью. Однако возможно, что pre-RCs необходимы только для инициальной загрузки Scc2/Scc4 на ДНК, но не для удержания их здесь, т.к. Scc2 и Scc4 персистируют на хроматине во время всей интерфазы, хотя pre-RCs существует только до S фазы.

Establishment of sister chromatid cohesion in S phase

Слипчивость может возникать только тогда, когда ДНК реплицируется во время S фазы. Интересно, однако, что генетические эксперименты на почкующихся дрожжах показали, что слипчивость может также устанавливаться как только репликация ДНК завершена, хотя cohesin может всё ещё загружаться на ДНК во время G2 фазы (об исключения см. ниже) (Uhlmann and Nasmyth 1998; Haenng et al. 2004).

Установление слипчивости сестринских хроматид зависит от acetyltransferase, наз. Eco2/Ctf7 (Skibbens et al. 1999; Toth et al. 1999; Ivanov et al. 2002; Unal et al. 2007). Этот энзим не нужен для загрузки cohesin на ДНК и что интересно, Eco2 также становится ненужным как только возникает слипчивость, указывая тем самым, что Eco2 выполняет специфическую роль во время установления слипчивости. Недавняя работа показала, что ключевой функцией Eco2 является ацетилирование cohesin по двум лизиновым остаткам, оба из которых локализованы в ATPase "head" домене Smc3 (Ben-Shahar et al. 2008; Unal et al. 2008). Мутации этих лизиновых остатков в неспособные к ацетилированию аминокислотные остатки вызывает дефекты слипчивости и гибель у дрожжей, тогда как дрожжевые клетки могут даже жить в отсутствие др. существенного Eco2 энзима, если они экспрессируют др. мутацию Smc3, которая может воспроизводить ацетилированное состояние (Ben-Shahar et al. 2008; Unal et al. 2008). Сходные наблюдения были сделаны на клетках человека, которые содержат два Eco2-родственных энзима, наз. Esco1/Efo1 и Esco2/Efo2. Дефекты слипчивости наблюдались после истощения любого из этих белков (Hou and Zou 2005), но лишь истощение Esco1 обусловливает дефекты ацетилирования Smc3 (Zhang et al. 2008), указывая тем самым, что Esco1 и Esco2 выполняют, по крайней мере, частично перекрывающиеся функции. Важно, что слабые дефекты слипчивости, которые наблюдаются после истощения Esco1 могут быть устранены за счет экспрессии acetyl-mimetic мутации Smc3 (Zhang et al. 2008), указывая тем самым, что Smc3 является важной мишенью для Esco1 в клетках человека. Остается выяснить, является ли Smc3 единственным подходящим субстратом для Esco1's и что является мишенью для Esco2.

Дальнейшая важная информация о функции Eco2 в установлении слипчивости получена в исследованиях генетических взаимодействий. Было установлено, что S. pombe ортолог Eco2, Esol, оказывается необязательным для жизнеспособности, если ген pds5 делетирован (Tanaka et al. 2001). Это наблюдение указывает на то, что Esol инактивирует некоторые свойства Pds5 , это д. каким-то образом ингибировать установление слипчивости (заметим, однако , что ингибирование установления слипчивости не может быть единственной ролью Pds5, поскольку белок также существенен для поддержания слипчивости во время длительного ареста G2 фазы) (Tanaka et al. 2001). У почкующихся дрожжей летальность делеции Eco2 кроме того супрессируется инактивацией Rad61/Wapl1 (Ben-Shahar et al. 2008), которые у др. организмов необходимы для эффективной диссоциации cohesin от ДНК (Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006; Bernard et al. 2008). Сходным образом наблюдали в клетках человека, что дефекты слипчивости, вызываемые истощением Esco2, могут быть устранены с помощью ко-деплеции Wapl (Gandhi et al. 2006). Важным значением этих находок является то, что слипчивость сестринских хроматид может быть в принципе установлена в отсутствие Eco2. Основная функция Eco2 и его ортологов может заключаться в защите cohesin от преждевременной диссоциации от ДНК. Как Eco2 выполняет эту цель неизвестно, но вполне возможно, что ацетилирование Smc3 наделяет cohesin резистентностью к Wapl и к его партнеру по связыванию Pds5, или что ацетилирование стабилизирует межбелковые взаимодействия стержневых субъединиц cohesin. Последняя возможность подтверждается наблюдением, что у почкующихся дрожжей Eco2 усиливает слипчивость сестринских хроматид даже в отсутствие Rad61/Wapl1 (Ben-Shahar et al. 2008).

Понимание функции Eco2 может также выявить, как возникновение слипчивости обычно связано с репликацией ДНК, поскольку Eco2 был обнаружен взаимодействующим физически с некоторыми белками, которые необходимы для репликации ДНК, такими как replication factor C (RFC) комплексы (Kenna and Skibbens 2003) и PCNA (Moldovan et al. 2006). Базируясь на ChIP экспериментах, было предположено, что у почкующихся дрожжей Eco2 перемещается вдоль ДНК вместе с репликационными вилками (Lengronne et al. 2006). Это наблюдение и находка, что cohesin преимущественно ацетилируется, когда он связан с хроматином (Unal et al. 2008), указывают на то, что возникновение слипчивости в S фазе происходит на репликационных вилках. Эо мнение подтверждается наблюдением, что легкие дефекты слипчивости, вызываемые истощением или мутациями некоторых несущественных компонентов реплисом, таких как Ctf4, RFC компоненты Rfc4 и Ctf18, ДНК геликазы Chl1, checkpoint белков Tof1 и Csm3 и DNA polymerases &epsipon; и κ (Wang et al. 2000; Mayer et al. 2001, 2004, Edwards et al. 2003; Petronczki et al. 2004, Skibbens 2004; Surer et al. 2004; Parish et al. 2006; Farina et al. 2008). Были описаны прямые взаимодействия между Smc1 и белками репликации, но только если меченая версия Smc1 временно избыточно экспрессировалась в культивируемых клетках млекопитающих (Ryu et al. 2006).

Кольцевая модель слипчивости может объяснить многие свойства взаимодействий cohesin-ДНК, но остается загадочным, как обе сестринские хроматиды оказываются заловленными во время репликации в одиночное cohesin кольцо. Cohesin соединяется с ДНК еще до репликации ДНК и поэтому было предположено, что репликация ДНК может происходить непосредственно в cohesin кольце (Haering et al. 2002; Gruber et al. 2003). Эта идея может объяснить, как сестринские хроматиды оказываются соединенными с помощью слипчивости, тогда как несестринские последовательности нет, но остается неясным, как репликационная вилка с многочисленными ассоциированными белками может в действительности проходить через белковое кольцо в 35-40 nm внетреннего диаметра. Недавно сообщалось, что cohesin комплексы, которые были загрузены на ДНК до репликации достаточны, чтобы обеспечить слипчивость (Lengronne et al. 2006). Хотя это наблюдение согласуется с моделью "replication-through-the-ring", остается столь же возможным, что cohesin кольца временно открыты во время прохождения репликационной вилки. Такой сценарий может вообще-то объяснить, почему клетки почкующихся дрожжей, лишенные Rad61/Wapl1 обнаруживают легкие дефекты слипчивости (Warren et al. 2004). Rad61/Wapl1 может облегчать временное открытие с ДНК связанных cohesin комплексов, когда репликационная вилка движется через сайты, связанные с cohesin, а дефекты этого процесса могут снижать эффективность установления слипчивости.

Важные наблюдения сделаны с помощью fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) экспериментов в клетках млекопитающих (Fig. 3). Эти исследования показали, что cohesin соединяется с ДНК динамически во время G1 фазы, но что приблизительно половина связанных с хроматином cohesin комплексов соединяется с ДНК очень стабильно в G2 (Gerlich et al. 2006). Способность cohesin соединяться стабильно с ДНК зависит от репликации ДНК, это согласуется с возможностью, что стабильно связанные cohesin комплексы являются теми, что обеспечивают слипичовть сестринских хроматид. Доказательства стабильного связывания cohesin с хромосомами в G2 фазе получены на S. pombe, но неожиданно оказалось, что эта стабилизация происходит во время S фазы способом, который не зависит от Eso1 и репликации ДНК (Bernard et al. 2008). Следовательно, остается посмотреть, может ли стабильное связывание cohesin с ДНК предшестовать установлению слипчивости сестринских хроматид или это скорее следствие слипичвости. Как обсуждалось выше, имеются доказательства, что шарнирные регионы Smc1 и Smc3 играют роль в загрузке cohesin на ДНК (Gruber et al. 2006). Однако у S. cerevisiae описаны мутации шарнира Smc1, которые не полностью предупреждают связывание cohesin с хроматином, но которые неспособны обеспечивать слипчивость (Milutinovich et al. 2007). Было бы интересно проверить, могут ли эти мутантные комплексы вызывать специфические дефекты в генерации стабильного способа связывания Д, который ассоциирует с установлением слипчивости.

У позвоночных sororin также может выполнять важную функцию по установлению слипчивости сестринских хроматид, поскольку FISH эксперименты показали, что истощение этого белка в культивируемых клетках человека вызывает тяжедые дефекты слипчивости уже в G2 фазе без уменьшения количества cohesin, связанного с хроматином (Schmitz et al. 2007). Интересно, что истощение sororin снижает субпопуляцию cohesin, который стабильно соединяется с ДНК, укзывая тем самым, что sororin как-то позволяет cohesin устанавливать слипчивые структуры. Возможно также, что sororin небобходим только в G2 фазе для поддержания слипчивости сестринских хроматид. Далее было предположено, что sororin функционирует специфически в митозах. чтобы защищать cohesin от преждевременной диссоциации от ДНК (Diaz-Martinez et al. 2007b). Однако трудно примерить эту гипотезу с наблюдением, что истощенные по sororin клетки, обнаруживают дефекты слипчивости уже в G2 фазе (Schmitz et al. 2007).

Рис.3. | Dynamics of the cohesin-chromatin interaction in mammalian cells..

Cohesin and chromosome biology

Хотя слипичость сестринских хроматид обычно устанавливается только в S фазе, описаны три исключения из этого правила у почкующихся дрожжей. Наиболее изученной из этих ситуаций является наблюдение, когда DSBs ДНК возникают во время G2 фазы. Эти разрывы активируют пути реакции на повреждения ДНК, которые делают возможным de novo возникновение слипчивости как только репликация ДНК завершена (Strom et al. 2007, Unal et al. 2007; see below). Как и в S фазе этот процесс зависит от Eco2. Eco2 также необходим для временной ре-ассоциации сестринских хроматид во время "breathing" центромер, это создает интересную возможность, что слипчивость также может быть локально восстановлена на центромерах во время метафазы (Ocampo-Hafalla et al. 2007). Наконец, частичный дефект слипчивости сестринских хроматид, который наблюдается после деплеции origin recognition complex (ORC) субъединицы Orc2, может быть устранен, если Orc2 экспрессируется в G2 фазе (Shimada and Gasser 2007). Удивительно, но генетические эксперименты показали, что ORG обеспечивает слипчивость сестринских хроматид с помощью механизма, которые отличен от механизма установления слипчивости с помощью cohesin и Eco2. Молекулярные основы этого механизма и существует ли он также у др. эукариот, пока неизвестно.

The prophase pathway of cohesin dissociation

Когда клетки позвоночных вступают в митоз, то профазный путь удаляет основную массу cohesin с хромосомных плеч, тогда как cohesin остается связанным с центромерами (Fig. 4; Waircnegger et al. 2000). Также Scc2/Scc4, CTCF и ассоциированные с cohesin белки Wapl, Pds5A, и sororin удаляются с хромосом в профазе (Sumara et al. 2000; Rankin et al. 2005; Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006; Watrin et al. 2006, Wendt et al. 2008),

Рис.4. | Regulation of cohesin removal from chromosome arms.

в противоположность ситуации у дрожжей, у которых большая масса cohesin остается связанной с хромосомами вплоть до метафазы и у которых Scc2/Scc4 остается связанным с хроматином в течение всего клеточного цикла (Ciosk et al. 2000). Профазный путь у позвоночных не зависим от APC/C (Sumara et al. 2000), который необходим для активации separase в поздней метафазе, и соотв. не происходит расщепления Scc1, когда cohesin удаляется с хромосом во время профазы (Waizenegger et al. 2000). Вместо этого диссоциация cohesin зависит от Polo-like kinase 1 (Plk1) (Losada et al. 2002; Sumara et al. 2002; Gimenez-Abian et al. 2004; Lenart et al. 2007), энзима, который активируется в раннем митозе и транслоцируется из цитоплазмы в ядро где-то в конце профазы. При митозе Scc1 и SA1/SA2 субъединицы cohesin оказываются фосфорилированными, а в митотических экстрактах яиц Xenopus Plk1 необходим для этих модификаций (Sumara et al. 2002). Эти реакции фосфорилирования снижают связывание cohesin с хроматином, подтверждая, что cohesin-ДНК взаимодействия могут непосредственно контролироваться с помощью фосфорилирования (Sumara et al. 2002). Это мнение подтверждено также наблюдением, что экспрессия неспособного к фосфорилированию мутанта SA2 снижает диссоциацию cohesin с хромосом в профазе и прометафазе, тогда как экспрессия не способного к фосфорилированию Scc1 не вызывает подобного эффекта (Hauf et al. 2005). Эти наблюдения показывают, что Plk1 вносит вклад в диссоциацию cohesin с помощью фосфорилирования SA2.

Др. митотическая киназа, Aurora B, также необходима для эффективной диссоциации cohesin с хромосом в профазе, хотя считается, что эта киназа не фосфорилирует субъединицы cohesin in vitro (Losada et al. 2002; Gime-nez-Abian et al. 2004). Следовательно, возможно, что Aurora B необходима косвенно для диссоциации cohesin путем регуляции др. белков. Одним из кандидатов на роль такого белка является condensin 1, чьё связывание с хромосомами зависит от Aurora B (Lipp et al. 2007) и который также необходим для эффективной диссоциации cohesin с хромосом (Hirota et al. 2004). Однако неясно, является ли condensin 1 единственной мишенью для Aurora B's в профазном пути диссоциации cohesin, поскольку condensin 1 соединяется с хромосомами только после разрушения ядерной оболочки в прометафазе, т.е. после того как диссоциация cohesin уже инициирована (Hirota et al. 2004). Др. cohesin регулятором, чья хромосомная локализация контролируется с помощью Aurora B является Sgo1 (see below), но даже в этом случае неизвестно является ли роль Aurora B's в диссоциации cohesin объяснима исключительно влияние Aurora B на этот белок (McGuinness et al. 2005; Dai et al. 2006; Lipp et al. 2007).

Хотя фосфорилирование SA2 необходимо для эффективной диссоциации cohesin, исследования Wapl белка показали, что фосфорилирование cohesin не достаточно для удаления cohesin с хромосом. Если Wapl истощается в клетках млекопитающих, то диссоциация cohesin в профазе снижается, но в этом случае, значительно более драматически, чем после инактивации Plk1, Aurora B или condensin 1 (Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006). Напр., если Plk1 ингибируется, то большая часть cohesin персистирует на хромосомных плечах, чем обычно, но эти количества всё ещё настолько малы, что они могут быть надежно определены в клетках, которые экспрессируют epitope-нагруженные субъединицы cohesin (Lenart et al. 2007). Напротив, после деплеции Wapl, эндогенный cohesin может быть легко обнаружен на хромосомах в профазе, прометафазе и даже в метафазе, ситуация, которая обычно наблюдается только в клетках в интерфазе, когда очень много cohesin связано с хроматином (Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006). Напротив, если Wapl экспрессируется избыточно, то слипчивость сестринских хроматид теряется преждевременно. Это наблюдение показывает, что Wapl выполняет ключевую роль в профазном пути диссоциации cohesin.

Интересно, что истощение Wapl не устраняет фосфорилирования SA2 на хромосомах, указывая тем самым, что роль Wapl в профазном пути не просто в обеспечении возможности фосфорилирования cohesin с помощью Plk1 (Kueng et al. 2006). Это мнение в дальнейшем было подтверждено наблюдением, что Wapl контролирует также динамику взаимодействий cohesin с хроматином в интерфазе, когда Plk1 неактивна. Если Wapl истощен, то больше cohesin соединяется с хроматином также в интерфазе, а FRAP эксперименты показали, что время пребывания cohesin комплексов на хроматине увеличивается (Kueng et al. 2006). Эти наблюдения указывают на то, что Wapl необходим для диссоциации cohesin с хроматина как в митозе, так и интерфазе. Как Wapl вносит свой вклад в удаление cohesin с хроматина, неизвестно, но интересно отметить, что Wapl взаимодействует с SA2 (Gandhi et al. 2006; Kueng et al. 2006), чьё фосфорилирование также необходимо для диссоциации cohesin в митозах. Возможно. что фосфорилирование SA2 изменяет cohesin таким способом, что он облегчает диссоциацию cohesin с помощью Wapl. Подобно separase, Wapl может быть затем способен открывать cohesin кольцо, хотя в данном случае посредством механизма, который не зависит от расщепления Scc1. Поскольку Wapl взаимодействует с SA2 и Scc1, которые соединяются с ATPase головками Smc1 и Smc3, и поскольку эти ATPases необходимы для загрузки cohesin на ДНК, было бы интересно протестировать, обеспечивает ли Wapl диссоциацию cohesin путем контроля ATPase активности у Smc1 и Smc3.

Functions of the prophase pathway

Во время профазы и прометафазы сестринские хроматиды становятся частично отделенными др. от др. в регионах своих плеч, но не в центромерах. Как результат хромосомы в прометафазе и метафазе выглядят "X"-образными или "V"-образными в случае видов таких как мыши, у которых центросомы располагаются рядом с теломерами (Fig. 5). Такое "расхождение" сестринских хроматид в регионах хромосомных плеч не происходит, если профазный путь ингибирован за счет инактивации Plk1, Aurora B, condensin1 или Wapl, или ppf счет экспрессии неспособной к фосфорилированию SA2 (Fig. 5; Losada et al. 2002; Gimenez-Abian et al. 2004; Hirota et al. 2004; Hauf et al. 2005; Candhi et al. 2006; Kueng et al. 2006). В этих экспериментах сила дефекта расхождения прекрасно коррелирует с количеством cohesin, персистирующего на хромосомных плечах, а дефект расхождения, который вызывается истощением Wapl может быть частично устранен за счет одновременного истощения cohesin (Gandhi et al. 2006). "X" и "V" форма

Рис.5. | Cohesion phenotypes in mammalian cells.

хромосом является т. о., результатом дифференциального удаления cohesin с хромосомных плеч но не с центромер (Waizenegger et al. 2000).

Каковы физиологические функции профазного пути и разъединения сестринских хроматид, вопрос остается не решенным до конца до сих пор. Предполагается, что диссоциация cohesin с хромосомных плеч является обязательным условием для конденсации хромосом, которая происходит приблизительно в то же самое время, но пока не было обнаружено существенных дефектов конденсации в клетках, в которых профазный путь нарушен. Вполне возможно, что разъединение сестринских хроматид увеличивает точность расхождения хромосом. Напр., возможно, что частичное разделение хромосомных плеч обеспечивает направленность для реакций, катализируемых c помощью topoisomerases. Эти энзимы могут катализировать реакции сцепления и реакции расцепления, а пространственное разъединение плеч сестринских хроматид может следовательно помочь сдвигу равновесия реакции в пользу реакций decatenation.

Наконец, было предположено, что профазный путь может выполнять косвенную, но важную роль в способности cohesin регулировать генную экспрессию (Wendt et al. 2008). Эта гипотеза базируется на наблюдении, что профазный путь устраняет cohesin с хромосом без расщепления Scc1 (Waizenegger et al. 2000) и что separase, будучи активированной в метафазе, преимущественно расщепляет cohesin, который связан с хроматином (Waizenegger et al. 2000; Hornig and Uhlmann 2004). Эти результаты указывают на то, что прпофазный путь защищает cohesin от деструкции c помощью separase. Как результат клетки позвоночных выходят из митоза с почти неизменными количествами интактных cohesin комплексов, которые могут быть загружены на хроматин непосредственно после удаления ядерной оболочки. Эта способность может иметь важное физиологическое значение, поскольку недавние доказательства подтвердили, что cohesin оказывает важные эффекты на регуляцию генов уже в G1 фазе, т.е. перед возникновением слипчивости (Wendt et al. 2008).

Protection of centromeric cohesin from the prophase pathway

Слипчивость сестринских хроматид обычно сохраняется в центромерах вплоть до тех пор, пока всех хромосомы не будут би-ориентрированы на митотическом веретене. Пока это метафазное состояние не будет достигнуто инициация анафазы ингибируется c помощью надзирающего механизма, известного как checkpoint веретена, который ингибирует APC/C и тем самым предупреждает активацию separase (for review, see Peters 2006). Однако, если белок Sgo1 инактивирован, то слипчивость центромер может быть потеряна уже во время прометафазы, т.е. до завершения сборки веретена (Salic et al. 2004; Tang et al. 2004; Kitajima et al. 2005; McGuinness et al. 2005). Потеря функции Sgo1 не инактивирует checkpoint веретена, это д. приводить к преждевременной активации APC/C и separase. Вместо этого cohesin диссоциирует преждевременно с центромер, если инактивирован Sgo1, это ведет к потере слипчивости сестринских хроматид в отсутствие активности separase. Sgo1, следовательно, как полагают. является белком, которые защищает cohesin от профазного пути и тем самым сохраняет слипчивость до тех пор, пока separase не станет активной в метафазе.

Интересно, что у почкующихся и делящихся дрожжей и в клетках человека Sgo1 взаимодействует с protein phosphatase 2A (PP2A) комплексовм, которые подобно Sgo1 и сам накапливается в центромерах и необходим для поддержания слипчивости в ранних митозах клеток человека и в мейозе I у дрожжей (Kitajima et al. 2006; Riedcl et al. 2006; Tang et al. 2006). In vitro, комплекс Sgo1-PP2A способен дефосфорилировать субъединицу SA2 кохезина (Kitajima et al. 2006), а в культивируемых клетках млекопитающих дефекты слипчивости, которые вызываются истощением Sgo1 могут быть устранены за счет экспрессии неспособной к фосфорилированию SA2 (McGuinness et al. 2005). Sgo1 может поэтому защищать cohesin от профазного пути путем рекрутирования PP2A на центромеры, где PP2A может повернуть назад фосфорилирование cohesin, иначе это д. приводить к его диссоциации с хромосом (Kitajima et al. 2005; Yamagishi et al. 2008). Подобно деплеции Sgo1 потеря Bubl вызывает разделение сестринских хроматид. Однако истощение Bubl приводит также к инактивации checkpoint веретена и тем самым к преждевременной активации separase, а дефекты cohesion, которые обнаруживаются у Bubl мутантов, могут быть обусловлены инактивацией checkpoint, а не только дефектами локализации Sgo1 (Percra et al. 2007). Ингибирование Aurora B киназы также влияет на локализацию Sgo1, обусловливая перераспределение Sgo1 на хромосомных плечах (Dai et al. 2006; Kueng et al. 2006; Resnick et al. 2006; Lipp et al. 2007). Этот феномен может частично объяснить потребность в Aurora B в профазном пути.

Наблюдение, что Sgo1, PP2A и cohesin обычно накапливаются на центромерах клеток млекопитающих и что слипчивость особенно сильная в этих регионах хромосома, это указывает на то, что cohesin лучше всего защищен от профазного пути c помощью Sgo1 в центромерах. Однако во время спокойных митозов слипчивость между хромосомными плечами также никогда не исчезает полностью. Только, если клетки остаются в прометафазе в течение длительного периода может исчезать слипчивость плеч полностью, давая хромосомы с "открытыми" плечами. Эта ситуация обычно наблюдается, когда клетки обрабатываются микротубулярными ядами, которые делают checkpoint веретена активным и тем самым арестовывают клетки в прометафазе (Rieder and Palazzo 1992). Первоначально полагали, что полное освобождение хромосомных плеч в этих условиях обусловлено постоянной активностью профазного пути (Gimenez-Abian et al. 2004), но недавно было показано, что расщепление Scc1 c помощью небольших количеств separase активности также необходимо для этого феномена (Diaz-Martinez et al. 2007a; Nakajima et al. 2007). Потребность в separase в открытии хромосомных плеч устраняется, если истощен Sgo1, указывая тем самым, что небольшие количества Sgo1также могут защищать некоторые cohesin на хромосомных плечах во время ранних стадий митозов (Nakajima et al. 2007).

Помимо Sgo1 ряд др. белков также был описан, как необходимые для слипчивости сестринских хроматид в ранних частях митозов (Table 2). Некоторые из них могут выполнять непосредственную роль в защите cohesin. Напр., haspin является гистоновой H3-Thr 3 киназой, которая необходима для сохранения cohesin на митотических центромерах, хотя haspin не обязателен для рекрутирования Sgo1 на эти сайты. Напротив, избыточная экспрессия haspin предупреждает диссоциацию cohesin с хромосомных плеч (Dai et al. 2006). Haspin может, следовательно, негативно регулировать профазный путь на центромерах. Др. мощным защитником cohesin является PHB2, чьё истощение вызывает дефекты слипчивости в митозах, но не в G2 фазе (Takata et al. 2007). Для некоторых из этих cohesin регуляторов менее ясно, необходимы ли эти белки специфически в митозах или дефекты, которые вызываются c помощью их деплеции являются следствием более ранних дефектов слипчивости. В некоторых исследованиях было предположено, что данные функции белков специфически участвуют в защите митотического cohesin, поскольку дефекты слипчивости могут быть обращены путем инактивации Plk1, которая необходима для профазного пути. Однако дефекты слипчивости, вызываемые истощением стержневых субъединиц cohesin, могут в некоторых случаях также "устраняться" за счет инактивации Plk1 (J. Schmitz and f.-M. Peters, unpubl.). Поэтому возможно, частично дефекты слипчивости, которые остаются гипоморфными в интерфазе, обнаруживаются только в митозе, когда профазный путь удаляет большую часть cohesin с хромосом. Чтобы определить, когда появляются дефекты слипчивости впервые, важно оценить слипчивость сестринских хроматид также в G2 фазе c помощью FISH экспериментов. Столь же важно исключить, что предполагаемый регулятор cohesin не влияет на checkpoint веретена, поскольку дефекты checkpoint д. также косвенно приводить к преждевременной потере слипчивости.

Cohesin cleavage by separase

Как только клетки би-ориентируют все свои хромосомы на митотическом или мейотическом веретене, checkpoint

Табл.2
Proteins implicated in sister chromatid cohesion in mitosis or meiosis

веретена инактивируется и APC/C становится активным. Это ведет к убиквитилированию и последующей деградации многочисленных APC/C субстратов, включая separase ингибитор securin и cyclin B, активирующая субъединица Cdk1. Эти реакции делают возможной активацию separase (for review, see Peters 2002). Прежде чем APC/C станет активным, separase ингибируется в интерфазе и в ранних митозах за счет физической ассоциации с securin, это предупреждает separase от распознавания её субстратов (Hornig et al. 2002; Waizenegger et al. 2002). Контролируется ли активность separase c помощью ортологов securin у всех пока проанализированных видов, separase у позвоночных кроме того ингибируется c помощью Cdk1-обеспечиваемого фосфорилирования и c помощью физического связывания с субъединицей Cdk1's, cyclin B (Stemmann et al. 2001; Gorr et al. 2005; X. Huang et al. 2005; Huang et al. 2008). В клетках позвоночных активация APC/C, следовательно, устраняет separase c помощью двух механизмов ингибирования посредством убиквитилирования securin и cyclin B. У позвоночных separase также является объектом др. уровня регуляции, а именно, протеолитического ауторасщепления (Waizenegger et al. 2000), но эта реакция несущественна для расщепления cohesin in vitro (Waizenegger et al. 2002; Zou et al. 2002) и её функция in vivo остается плохо изученной (Papi et al. 2005).

Как только separase становится активной она расщепляет Scc1 по двум сайтам, это ведет к деструкции cohesin кольца, диссоциации cohesin с хромосом и разделению сестринских хроматид. Расщепление Scc1 впервые было открыто у почкующихся дрожжей, у которых большая часть Scc1 разрушается в митозах и у которых расщепление Scc1 необходимо и достаточно для разделения сестринских хроматид (Uhlmann et al. 1999, 2000). Расщепление усиливается, хотя и не очень четко зависит от фосфорилирования Scc1 c помощью ортолога Plk1 у почкующихся дрожжей, Cdc5 (Alexandru et al. 2001), а возникающие в результате протеолитические фрагменты Scc1 деградируют c помощью ubiquitin-зависимого N-end rule пути (Rao et al. 2001). В следующем клеточном цикле Scc1 лишь снова накапливается в конце G1 фазы (Michaelis et al. 1997), преимущественно из-за того, что APC/C инактивируется в это время, это позволяет накапливаться securin и ингибировать separase.

В противовес этой ситуации у почкующихся дрожжей лишь очень небольшие расщепления Scc1 могут быть обнаружены, когда делящиеся дрожжи и клетки позвоночных вступают в метафазу (Tomonaga et al. 2000; Waizenegger et al. 2000). У позвоночных некоторые наблюдения указывают на то. что эта ситуация вызывается c помощью специфического расщепления немногих cohesin комплексов, которые остаются связаны с хромосомами в это время в метафазе, тогда как основная масса cohesin, которая удаляется с хромосом в профазе, по-видимому, защищена от деструкции. Это мнение подтверждается наблюдениями, что расщепление Scc1 происходит в то время, когда cohesin исчезает с центромер -т.e., при переходе от метафазы к профазе- и находкой, что расщепление Scc1 в экстрактах яиц Xenopus в основном стимулируется за счет добавления хроматина (Waizenegger et al. 2000).

Хотя separase расщепляет лишь ~10% cohesin комплексов в митотических клетках млекопитающих (Waizenegger et al. 2000; Gerlich et al. 2006), эти реакции существенны для разделения сестринских хроматид, поскольку и экспрессия неспособных к расщеплению мутантов Scc1 и деления генов separase вызывают дефекты расхождения хромосом (Hauf et al. 2001; Kumada et al. 2006; Wirth et al. 2006). Генетические эксперименты на делящихся дрожжах и Drosophila показали, что separase скорее всего существенна для анафазы у этих видов (Tomonaga et al. 2000; lager et al. 2001). В противоположность этой ситуации, у почкующихся дрожжей пока неизвестно, достаточно ли активации только separase для разделения сестринских хроматид в клетках животных или профазный путь диссоциации cohesin также необходим. Имеющие доказательства указывают на то, что профазный путь несущественен для анафазы, поскольку разделение сестринских хроматид задерживается, но не устраняется, когда этот путь нарушен, напр., при деплеции Wapl. В этих клетках большинство cohesin комплексов остается связанным с хромосомами вплоть до метафазы, по сравнению с нормой, но эти комплексы исчезают точно во время, когда хроматиды начинают разъединяться (Kueng et al. 2006). Поэтому возможно, что separase может компенсировать редукцию в профазном пути путем расщепления больших количеств cohesin, чем обычно.

Было также предположено, что активации как профазного, так и сепаразного путей всё ещё недостаточно для устранения всей слипчивости между сестринскими хроматидами. Сообщалось, что истощение poly-ADP ribose polymerase tankyrase из культивируемых клеток млекопитающих вызывает арест клеток в митозе на стадии, когда APC/C и separase активны, cohesin удаляется с центромер и хромосомных плеч, но теломеры остаются слипшимися из-за персистенции cohesin^SA1 в этом месте (Dynek and Smith 2004; Canudas et al. 2007). Однако отдельное исследование показало, что истощение tankyrase ведет к дефектами сборки веретена и к зависимому от checkpoint веретена аресту в прометафазе, когда APC/C ингибирован и когда основная масса separase также остается неактивной (P. Chang et al. 2005). Следовательно, можно думать, что истощение tankyrase поддерживает слипчивость косвенно путем активации checkpoint веретена.

Подобно Scc1, Rec8 расщепляется с помощью separase, а эксперименты на дрожжах, C. elcgans и мышах показали, что эти реакции также существенны для сегрегации хромосом в мейозе (Buonomo et al. 2000; Siomos et al. 2001; Kitatima et al. 2003b; Terret et al. 2003; Kudo et al. 2006). Регулция Rec8 в мейозе также сходна с регуляцией Scc1 в митозе, т.к. защита обоих белков на центромерах зависит от Sgo1 и PP2A. Это замечательно, т.к. Sgo1 и PP2A защищают Scc1 от профазного пути (тогда как те же самые белки защищают Rec8 от расщепления separase (Katis et al. 2004; Kitajima et al. 2004, 2006; Marston et al. 2004; Rabitsch et al. 2004; Hamant et al. 2005; Riedel et al. 2006; Lee et al. 2008). Возможно, что оба механизма защиты базируются на дефосфорилировании cohesin с помощью PP2A, поскольку имеются доказательства, что дефосфорилирование SA2 предупреждает диссоциацию cohesin в митозах (see above), и что дефосфорилирование Rec8 снижает расщепление cohesin с помощью separase (Brar et al. 2006).

Functions of cohesin in DNA damage control

Ортолог S. pombe Scc1, наз. Rad21, и ортологи WaplS. cerevisiae, Rad61,Wpl1, были впервые идентифицированы в генетическом скрининге по мутациям, которые гиперчувствительны к повреждениям ДНК (Birkenbihl and Subramani 1992; Game et al. 2003), показавшими, что cohesin выполняет важные функции в путях реакции на повреждения ДНК.

Эксперименты на почкующихся дрожжах показали, что cohesin мутанты дефектны по репарации повреждений ДНК, но не по путям checkpoint, которые задеживают ход клеточного цикла в ответ на повреждения ДНК (Sjogren and Nasmyth 2001). Эти исследования также предоставили доказательства, что репарация повреждения ДНК зависит от способности cohesin обеспечивать слипчивость сестринских хроматид. Эта ситуация, по-видимому, обусловлена тем фактом, что двойные разрывы ДНК преимущественно репарируются за счет рекомбинации между сестринскими хроматидами, это может облегчать слипчивость между ними.

В последние годы было проанализировано в деталях, как cohesin регулируется в ответ на повреждения дНК у почкующихся дрожжей. Эти исследования не только пролили свет на пути повреждения ДНК, но и также привели к удивительному открытию регуляции и механизмов установления слипчивости. Вследствие повреждения ДНК cohesin накапливается в крупном домене в 50-100 kb, который окружает DSB, независимо от того произошел ли разрыв в cohesin-binding region (CAR) ли нет. Этот процесс зависит от Scc2/Scc4, указывая тем самым, что он зависит от загрузки cohesin на этот сайт (Strom et al. 2004; Unal et al. 2004). Повреждение ДНК делает возможным далее установление de novo слипчивости сестринских хроматид в G2 фазе, как в месте двойного разрыва, так, что удивительно, по всему геному. Т.к. в S фазе установление слипчивости после повреждения ДНК зависит от Eco2, даже если генетические эксперименты указывают на то, что слипчивость устанавливаемая в G2 фазе зависит только от репликации ДНК (Strom et al. 2007; Unal et al. 2007). недавно было показано, что установление слипчиовсти после повреждения ДНК зависит ортолога почкующихся дрожжей ATR kinase, Mecl, и от киназы Chkl, котоая может фосфорилировать Scc1 по определенному сериновому остатку (Heidinger-Pauli et al. 2008). Удивительно, экспрессии мутантного Scc1, который воспроизводит фосфорилированное состояние, достаточно, чтобы индуцировать установление слипчивости в G2 фазе, даже в отсуствие повреждения ДНК. Эти наблюдения указывают на то, что Scc1 является ключевой мишенью в реакции на повреждения ДНК в отношении её способности инициировать возникновение слипчивости в пост-репликативных клетках. Интересно, что дале было обнаружено, что слипчивость может устанавливаться также в G2 фазе, если избыточно экспрессируется Eco2 (Unal et al. 2007). В этом случае установление слипчивости может происходить также в отсутствие повреждений ДНК. Эти результаты указывают на то, что фосфорилирование Scc1 после повреждения ДНК изменяет чувствительность cohesin к ацетилированию с помощью Eco2, и/или что активность Eco2 может регулироваться во время клеточного цикла.

Cohesin может не только загружаться на ДНК в ответ на повреждения ДНК, но и может также устраняться с некоторых сайтов, поскольку инактивация separase или экспрессия неспособной к расщеплению Scc1 влияют на репарацию ДНК у делящихся дрожжей в G2 фазе (Nagao et al. 2004). Было бы интересно протестировать, может ли повышенная чувствительность к повреждениям ДНК у мутантов Rad61/Wapl1 (Game et al. 2003) быть связана с роль. этого белка в мобилизации cohesin, который уже связан с ДНК.

В клетках позвоночных cohesin рекрутируется также на DSBs ДНК и этот процесс зависит от Smc5/Sinc6 комплекса (Potts et al. 2006). Cohesin, как полагаюь, необходим для репарации ДНК этих мест, но регуляция cohesin в ответ на повреждения ДНК изучена недостаточно в клетках животных по сравнению с дрожжами (for review, see Watrin and Peters 2006). Истощение sororin из культивируемых клеток человека также вызывает тяжелые дефекты в репарации DSBs, хотя обычные количества cohesin присутствуют в хроматине этих клеток (Schmitz et al. 2007). Это наблюдение указывает на то, что способность cohesin вызывать слипчивость важна для репарации повреждений ДНК у высших эукариот.

Т.к. у почкующихся дрожжей субъединицы cohesin фосфорилируются в ответ на повреждения ДНК, но в этом случае фосфорилирование затрагивает Smc1 и Smc3, и, как полагают, обеспечивается непосредственно киназами ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) и ATR (Kim et al. 2002; Yazdi et al. 2002; Garg et al. 2004; Hauf et al. 2005; Luo et al. 2008). Экспрессия неспособного к фосфорилированию мутанта Smc1 снижает эффективность репарации ДНК и выживаемость клеток, в облученной культуре клеток мышей, этот фенотип сходен с чувствительностью к повреждениям ДНК, которая наблюдается в клетках, лишенных ATM (Kim et al. 2002; Yazdi et al. 2002; Kitagawa et al. 2004). Smc1 может , следовательно, одной из ключевых мишеней для ATM в пути реакции на повреждения ДНК. Интересно, что клетки, в которых эндогенный Smc1 замещен на неспособный к фосфорилированию мутант, не только дефективны по репарации повреждений ДНК, но и также продолжают синтезировать ДНК во время S фазы, тогда как репликация ингибирована с помощью повреждений ДНК в контрольных клетках (Kitagawa et al. 2004). Фосфорилирование Smc1, следовательно, может играть не только роль в репарации ДНК, и также необходимо для эффективной активации S-фазного checkpoint, в противопложность ситуации у почкующихся дрожжей, у которых cohesin, по-видимому, не играет роли checkpoints повреждений ДНК (Sjogren and Nasmyth 2001). Важно протестировать, могут ли Smc1 и Smc3 действительно фосфорилироваться как часть cohesin, или как субъединицы recombination complex RC-1, который также содержит Smc1 и Smc3 (Jessberger et al. 1996; Stursberg et al. 1999). Остается также выяснить, как фосфорилирование Smc1/Smc3 вносит вклад в реакцию на повреждения ДНК в молекулярных терминах и ограничена ли эта роль S-фазным checkpoints или нет.

Functions of cohesin in transcriptional control

Первым намеком, что функция cohesin's может не ограничиваться слипчивостью сестринских хроматид, стало наблюдение, что клетки позвоночных связывают cohesin с хроматином, что не коррелировало со временем клеточного цикла, в течение которого существует слипчивость хроматид, в противоположность ситуации у почкующихся дрожжей. Как было описано выше, у позвоночных cohesin загружается на ДНК уже в телофазе (т.e., задолго до установления слипчивости), и большая масса cohesin диссоциирует также от хромосом снова в профазе (т.e., перед устранением слипчивости) (Losada eral. 1998; Sumara et al. 2000; Cerlich et al. 2006). Cohesin впервые был открыт в клетках позвоночных, когда ещё было неизвестно о первичной роли cohesin в обеспечении слипчивости сестринских хроматид с S фазы и вплоть до метафазы. Ещё более неожиданным для белков слипчивости оказалось, что cohesin экспрессируется в широком круге тканей млекопитающих (Sumara et al. 2000), включая постмитотические нейроны, которые обычно не реплицируют своей ДНК и поэтому не могут устанавливать слипчивость (Wendt et al. 2008). То же самое наблюдалось для Pds5B у мышей и для Rad21/Scc1 у Drosophila (Zhang et al. 2007; Pauli et al. 2008). Эти наблюдения указывают на то, что cohesin выполняет функции, которые не зависят от его роли в слипчивости сестринских хроматид.

Генетические эксперименты у дрожжей и Drosophila впервые показали, что эти функции м.б. связаны со структурой хроматина и экспрессией генов (for review, see Dorsett 2007). У S. cerevisiae, некоторые Smc1 и Smc3 мутации инактивируют границы элементов, которые предупреждают распространение факторов молчания с молчащего хроматина на HMR локус в соседних регионах (Donze et al. 1999). Др. эффект на регуляцию генов наблюдался у Drosophila, у которых мушиный ортолог Scc2, Nipped-B, был открыт как белок, который облегчает активацию гомеобоксных генов с помощью удаленных транскрипционных энхансеров (Rollins et al. 1999). Неожиданно мутации cohesin оказывали противоположный эффект, это привело к гипотезе, что способность cohesin диссоциировать с ДНК и загружаться снова является важной для его роль в регуляции взаимодействий между энхансером и промотором (Rollins et al. 2QQ4; Dorsett et al. 2005). В соотв. с этой возможностью, мутации Wapl у Drosophila также влияют на генную экспрессию, поскольку эти мутации вызывают дефекты мозаичного позиционного эффекта (effect variegation) (Verni et al. 2000).

Более того, косвенные доказательства о роли cohesin в регуляции генов получены в исследованиях, которые показали. что мутации в cohesin и регуляторах cohesin ммогут вызывать тяжелые дефекты развития у животных и человека. У C. elegans, Scc2's партнер по связыванию с Scc4, был впервые идентифицирован как белок, наз. MAU-2, который участвует в наведении аксонов (Benard et al. 2004- Seitan et al. 2006; Watrin et al. 2006). Сходным образом скрининг мутантов Drosophila , которые дефектны по обрезке (pruning) аксонов, ретракции аксонов во время развтия нервной системы, выявил мутации в Smc1 и Scc3 ортологе SA (Schuldiner et al. 2008). У позвоночных также мутации cohesin могут вызывать дефекты развития. У рыбок данио cohesin гены необходимы для экспрессии runx транскрипционных факторов и гематопоэза (Horsfield et al. 2007), мыши, лишенные гена Pds5B , страдают от множественных акномалий развития (Zhang et al. 2007), а у людей нарушения развития Cornelia de Lange синдром и Roberts/SC phocomelia синдром могут быть вызваны мутациями в генах субъединиц cohesin и регуляторов (see below).

Удивительно, что слипчивость сестринских хроматид и клеточная пролиферация в основном нормальны в линиях клеток от пациентов с синдромом Cornelia de Lange, это указывает на то, что cohesin комплексы в этих клетках д. быть способны устанавливать и поддерживать слипчивость и что мутации, затрагивающие эти гены, являются гипоморфными. Несмотря на это первоначально было трудно исключить возможность, что дефекты транскрипции и развития, наблюдаемые у cohesin мутантов у разных видов, обусловлены едва различимыми дефектами слипчивости. Однако несколько недавних исследований предоставили четкие доказательства, что, по крайней мере, функции cohesins' в регуляции генов не зависимы ои его роль в слипчивости. В клетках человека истощение cohesin вызывает изменения в транскрипции импринтированного локуса H19/Igf2 (see below) не только во время G2 фазы, но также в клетках, синхронизированных в G1 фазе, когда слипчивости нет (Wendt et al. 2008). У мутантов Drosophila Smc1 pruning дефекты, которые наблюдается в нейронах, могут быть устранены, если Smc1 экспрессируется постмитотически в этих клетках (Schuldiner et al. 2008). Это указывает на то, что функция cohesin в pruning д. быть постмитотической и тем самым независимой от слипчивости. Сходным образом pruning дефекты, обнаруживаются в нейронах Drosophila, когда cohesin инактивирован только в постмитотических клетках с помощью экспериментально индуцированного протеолиза Rad21/Scc1 (Pauli et al. 2008).

Как cohesin контролирует экспрессию генов большая загадка, хотя предполагается, что cohesin д. обеспечивать этот эффект за счет непосредственного связывания с ДНК. Важным указанием на регуляторную роль cohesin's генов в клетках млекопитающих является наблюдение, что cohesin ко-локализуется с CTCF (Parelho et al. 2008; Stedman et al. 2008; Wendt et al. 2008). CTCF как известно функционирует как транскрипционный insulator на некоторых из его сайтах связывания, таких как контролирующий регион локуса (3 ghbui и H19 imprinting control region [ICR] (for review, see Wallace and Felsenfоld 2007). В H19/Igf2 локусе H19 ICR гарантирует, что H19 ген транскрибируется только с материнского аллеля, тогда как соседний lgf2 ген транскрибируется только с отцовского аллеля (for review, see Bartolomei and Tilghman 1997). Эти механизм импринтинга зависит от CTCF, который может соединяться с H19 ICR на материнском, но не на отцовском аллеле, поскольку последний метилирован по CpG последовательности (Bell and Felsenfeld 2000, Hark et al. 2000). На материнском аллеле CTCF предупреждает активацию Igf2 с удаленных энхансеров, которые в этих условиях могут активировать H19, тогда как на отцовском аллеле те же самые энхансеры активируют lgf2, но не могут стимулировать транскрипцию H19. Подобно CTCF, cohesin также связан с H19 ICR только на материнском аллеле, преимущественно из-за CTCF , необходимого для правильного позиционирования cohesin на ДНК (see above). Удивительно, эксперименты на культивируемых клетках млекопитающих, показали, что cohesin важен для надлежащего транскрипционного контроля в этом импринтированном локусе, как и сам CTCF. Если CTCF или cohesin истощены, то уровни транскриптов Igf2 увеличиваются, а транскриптов H19 снижаются, это согласуется с возможностью, что cohesin необходим для изоляционной (insulator) функции CTCF на материнской H19 ICR (Wendt et al. 2008). Важно верифицировать эти находки во время развития мышей in vivo, у которых импринтинг обычно происходит. Далее остается посмотреть, сколько из 10,000-15,000 CTCF/cohesin-связывающих сайтов в геноме млекопитающих функционирует в качестве инсуляторов или др. транскрипционный регуляторных элементов и было бы интересно понять, эти сайты функционируют одновременно, как сайты, в которых устанавливается слипчивость сестринских хроматид.

Наконец, важно понять в более механистических терминах, как cohesin вносит вклад в регуляцию генов. Т.к. cohesin способен обеспечивать слипчивость между сестринскими хроматидами -т.e., физически соединять две молекулы ДНК в транс-положении- cohesin может быть также способен соединять два удаленных элемента ДНК одной и той же хромосомы в цис-положении. Такая перестройка могла бы приводить к формированию петель хроматина, которые могли бы контролировать взаимодействия между последовательностями промотора и энхансера топологически. Имеются доказательства экспериментов chromosome conformation capture (3C), что CTCF необходим для образования петель хроматина (Kurukuti et al. 2006; Splinter et al. 2006). Однако, т.к. истощение CTCF ведет также к исчезновению cohesin с CTCF сайтов (Parelho et al. 2008; Wendt et al. 2008), то возможно, что cohesin является молекулой, которая структуирует ДНК, в то время как основной функцией CTCF может быть направление cohesin на определенные регуляторные последовательности в геноме. Необходимо протестировать, выполняет ли cohesin непосредственную роль в формировании петель хроматина.

Др. возможность заключается в том, что cohesin влияет непосредственно на транскрипционные факторы или на хроматин-модифицирующие энзимы путем физического блокирования их processive транслокации вдоль ДНК. Такая ситуация может существовать у делящихся дрожжей, у которых накопление cohesin ниже активных генов способствует окончанию транскрипции, которая катализируется RNA polymerase II (Gullcrova and Proudfoot 2008). В этом случае RNAi путь, как было показано, индуцирует сборку гетерохроматиновых доменов в 3' регионоах активных генов. Cohesin рекрутируется на эти домены с помощью Swi6-зависимого механизма и необходим для предупреждения считывания транскрипции с одного гана на следующий.

Кооперирует ли cohesin также с CTCF у видов др., чем млекопитающие, пока неясно. У Drosophila идентифицирован CTCF ортолог, но имеющиеся доказательства показывают, что этот белок не ко-локализуется с cohesin (Holohan et al. 2007; Misulovin et al. 2008; Pauli et al. 2008), и не идентифицировано пока CTCF ортологов у дрожжей. Поэтому возможно, что роли cohesin в контроле взаимодействий между промотором и энхансерами у Drosophila и пограничные функции у почкующихся дрожжей обеспечиваются или одним cohesin или за счет взаимодействий между cohesin и др. регуляторами хроматина.

Cohesinopathies

Дефекты функции cohesin могут быть связаны с некоторыми болезнями человека, которые поэтому обозначаются как "cohesinopathies." Наиболее частой из этих болезней синром Дауна (trisomy 21), который в большинстве случаев обусловлен неправильным расхождением ("nondisjunction") хромосом 21 во время мейоза I в ооцитах (Hassold and Hunt 2001; Gilliland and Hawley 2005). Др. трисомии, как полагают, появляются со сходными частотами во время мейоза, но с чрезвычайно редкими исключениями трисомий 13 и 18, эти ситуации являются летальными во время эмбриогенеза. По мере старения женщин часто нерасхождений в ооцитах драматически увеличивается. Этот эффект материнского возраста коррелирует с повышенной частотой неспаренных (univalent) хромосом и преждевременным разделением сестринских хроматид, которое наблюдается в ооцитах, подтверждая, что дефекты слипчивости сестринских хроматид ммогут служить главной причиной нерасхождения хромосом (Angell 1995; Wolstenholme and Angell 2000; Pellestor et al. 2003, 2006). Экспериментальное подтверждение этой гипотезы получено в наблюдении, что мыши, у которых мейоз-специфический ген Smc1fi мутантен, обнаруживают зависимые от возраста дефекты в ооцитах, которые воспроизводят ситуацию, наблюдаемую у человека (Hodges et al. 2005). Поэтому возможно, что дефекты cohesin или регуляторов cohesin являются основной причиной синдрома Дауна. Как эти дефекты могут возникать и почему они связаны с возрастом, пока неясно. Однако интересно отметить, что у почкующихся дрожжей слипчивость обычно возможна только во время репликации ДНК (see above). Если то же самое верно для ооцитов млекопитающих, у которых слипчивость устанавливается во время премейотической репликации ДНК во время пренатального развития, то возможно, что слипчивость способна персистировать многие годы или даже декады. Могут ли субъединицы cohesin динамически обмениваться во время столь длительного периода (напр., за счет Scc2/Scc4 и Wapl-обеспечиваемых механизмов), или может ли слипчивость устанавливаться de novo (как в случае у дрожжей при определенных условиях), остается неизвестным. В любом случае вполне возможно, что слипчивость медленно ухудшается во временем и то частота событий нерасхождения поэтому увеличивается с возрастом.

Наивысшие частоты, с которой анеуплоидии могут наблюдаться в ооцитах человека, а также зависимость от возраста этого феномена указывает на то, что мутации в генах cohesin не являются или являются очень редко ответственными за события нерасхождения. Однако , Cornelia de Lange и Roberts/SC phocomelia синдромы недавно были связаны с гипоморфными мутациями в генах субъединиц cohesin или его регуляторов. Cornelia de Lange синдром характеризуется дефектами роста, различными аномалиями развития и умственной отсталостью (for review, see Dorsett and Krantz 2008). Примерно половина из всех исследованных случаев мутаций потери функции в одном из аллелей гена NIPBL, человеческого ортолога Scc2 (Krantz et al. 2004; Tonkin et al. 2004), и немного случаев было идентифицировано, при которых мутантными оказались гены, кодирующие Smc1 и Smc3 (Musio et al. 2006; Deardorff et al. 2007). Поскольку слипчивость сестринских хроматид в основном нормальная в клетках таких пациентов, то др. функция, такая как генная регуляция, может быть причиной болезни.

Roberts/SC phocomelia синдром также характеризуется дефектами развития, хотя синдром клинически отличен от Cornelia de Lange синдрома (for review, sec Dorsett 2007). Roberts/SC phocomelia синдром оказался сцеплен с мутациями в Esco2 (Schule et al. 2005; Vega et al. 2005) и это согласуется с ожидаемой ролью этого энзима в установлении слипчивости, дефектах центромерной слипчивости, наблюдаемых в клетках, полученных от пациентов с синдромом Roberts (Cerman 1979; Tomkins et al. 1979). Являются ли эти дефекты слипчивости прямой причиной болезни или дефекты в возможной др. функции Esco2 более важной, но всё ещё неизвестной.

Outlook

Over the last decade, research on cohesin complexes has provided important insight into surprisingly many aspects of chromosome biology. Although cohesin was discovered as a protein that is required for sister chromatid cohesion in mitotic and meiotic cells, more recent work has revealed that understanding cohesin function will likewise be essential for the elucidation of DNA damage response pathways, mechanisms of gene regulation, and the etiology of several human diseases, possibly including the frequent Down syndrome. Studying how cohesin interacts with DNA at the mechanistic level will be of equal importance and may provide insight into how DNA has been organized since the early days of evolution, long before DNA was wrapped around nucleo-somes. In particular, understanding whether and how the cohesin ring opens and closes when it interacts with DNA will remain a fascinating task for some time to come.

The cohesin complex and its roles in chromosome biology Jan-Michael Peters , Antonio Tedeschi, and Julia SchmitzGENES & DEVELOPMENT 22:1089-1114, 2008

The cohesin complex and its roles in chromosome biology
Jan-Michael Peters , Antonio Tedeschi, and Julia Schmitz
GENES & DEVELOPMENT 22:1089-1114, 2008