Кохезиновый комплекс играет критическую роль в удержании вместе сестринских хроматид и гарантирует аккуратное расхождение хромосом во время митозов и мейоза. Однако, получены доказательства, что cohesin может выполнять дополнительные функции, независимо от своей роли в клеточных делениях. участвуя в регуляции генов.

Кохезиновый комплекс, представленный SMC1, SMC3, SCC1/RAD21 и SCC3/stromalin, как полагают обеспечивает слипчивость, формируя кольца вокруг сестринских хроматид. Schuldiner et al. открыли cohesin субъединицы SMC1 и stromalin во время скрининга по идентификации мутаций, которые влияют на процесс т.наз прореживания аксонов (в результате которого неуместные нейрональные веточки 'устраняются' прочь, чтобы очистить нейрональные circuits) в постмитотических клетках Drosophila melanogaster mushroom тел, структуры головного мозга, участвующей в обонятельном обучении и памяти. Избыточная экспрессия SMC1 восстанавливает pruning фенотип и восстанавливает уровни экдизонового рецептора EcR-B1, который является ключевым регулятором прореживания аксонов. Авт. также идентифицировали SMC1 и stromalin в параллельном скрининге на мутации. которые затрагивают нахождение дендритов обонятельными проекционными нейронами.

Используя Rad21 мутантных мух, у которых RAD21 может расщепляться с помощью tobacco etch mosaic virus (TEV) протеазы ткане-специфическим способом, Pauli et al. также продемонстрировали постмитотическую роль cohesin в прореживании аксонов. Расщепление вызывает тяжелые нарушения сегрегации хромосом в пролиферирующих клетках преимущественно из-за того, что структура кохезиновых колец нарушена. Неожиданно, расщепление RAD21 оказалось летальным для постмитотических клеток и помимо фенотипа axon pruning авт. наблюдали аномальную личиночную локомоцию в холинергических нейронах.

Как же cohesin вызывает эти разнообразные эффекты в морфогенезе нейронов? Как показывает причинная связь между уровнями cohesin и EcR-B1, cohesin, по-видимому, участвует в регуляции генов. Parelho et al. и Wendt et al. анализировали распределение по всему геному cohesins в клетках мышей и людей, используя иммунопреципитацию хроматина и установили, что это распределение не детерминируется с помощью транскрипции - в противоположность почкующимся дрожжам, у которых cohesins, по-видимому, перегоняются вдоль хромосомных плеч с помощью транскрипционного аппарата. Вместо этого, обе группы установили строгую предпочтительность к последовательностям мотивов, напоминающим те, что у CTCF, белка цинковые пальчики, который ассоциирует с транскрипционными insulators, пограничными элементами и контрольными регионами импринтинга. В самом деле, cohesin обнаруживает тенденцию накапливаться в сайтах, которые связывают CTCF, который необходим для накопления cohesin. Обе группы также показали , с помощью временной трансфекции, что cohesin вносит вклад в insulator функцию CTCF. Wendt et al. далее показали, что cohesin контролирует транскрипцию импринтируемого генного локуса.

Как cohesin вносит вклад в транскрипционные функции CTCF остается невыясненным. Однако, новые находки предоставляют некоторую очень важную информацию о ассоциированных с cohesin нарушениях, таких как Cornelia de Lange синдром и Roberts синдром.

Christian H. Haering, Ana-Maria Farcas, Prakash Arumugam, Jean Metson & Kim Nasmyth The cohesin ring concatenates sister DNA molecules. Nature Nature 454, n7202, 297-301(17 July 2008) (doi: 10.1038/nature07098) Article

Согласно 'ring hypothesis', кольцеобразный cohesin комплекс удерживает сестринские хроматиды вместе вплоть до анафазы, когда запускается расхождение хромосом за счет расщепления cohesin. До сегодня этот топологический механизм соединения молекул ДНК (белок-ДНК сцепление) не был доказан. Kim Nasmyth с сотрудниками показали, что одиночные cohesin кольца обнимают и удерживают сестринские хроматиды вместе.

Три компонента cohesin комплекса Smc1 и Smc3 взаимодействуют посредством своих 'hinge' доменов на одном конце каждой молекулы и соединяются соотв. с C концом и N концом др. субъединицы, Scc1, посредством своих ATPase 'головок', формируя тем самым состоящий из трех частей кольцевой комплекс. Если гипотеза кольца верна, то д. быть возможно ковалентно сшивать соседние субъединицы кольца и залавливать молекулы сестринских ДНК в химически circularized cohesin кольцо даже после денатурации. Чтобы проверить эту

Рисунки к статье
гипотезу авт. хитроумно получили полностью функциональный cohesin вариант, в котором Smc1-Smc3 и Smc1-Scc1 интерфейсы могли быть химически объединены с помощью поперечных связок и были получены Scc1 and Smc3 субъединицы в качестве одного слитого белка. Когда авт. изолировали минихромосомы из дрожжевой линии, которая содержит вариант cohesin и химически индуцировали закрытие кольца, то они нашли, что часть циркулярных ДНК димеров остаются соединенными вместе даже после обработки белка денатурирующим агентом.

Чтобы понять, являются ли димеры на самом деле мономерными молекулами ДНК, удерживаемыми вместе с помощью cohesin кольца, осуществляли двумерный гель электрофорез. Добавлялась protease ко второму измерению метода, чтобы удалять cohesin кольцо и тем самым высвободить заловленную молекулу ДНК. Было показано, что димеры, заловленные внутри кольца являются двумя мономерными молекулами ДНК. Путем подсчетов эффективности белковых поперечных сшивок и количества cohesin мостиков, авт. показали также, что молекулы сестринских ДНК с наибольшей легкостью отлавливаются одиночным мономерным cohesin кольцом. Следовательно, гипотеза кольца верна.

Хотя cohesin играет критическую роль, чтобы гарантировать аккуратное расхождение хромосом во время митозов и мейоза, он также ассоциирует с постмитотическими хромосомами. Авт. предполагают, что в случае постмитотических хромосом cohesin может отлавливать индивидуальные волокна хроматина и формировать хромосомные петли. Нужна проверка .

Hirano, T. At the heart of the chromosome: SMC proteins in action. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 7, 311–322 (2006) Article