Детальное картирование с помощью chromatin immunoprecipitation (ChIP) у S. cerevisiae и делеящихся дрожжей S. pombe выявило, что cohesin располагается вдоль хромосом в виде фокального паттерна со средним интервалом преимерно в 10 kb (Glynn et al., 2004; Lengronne et al., 2004). Такое распределение очнь неслучайно. В G2 фазе почти 90% обнаружимого cohesin располагается между двумя конвергентно транскрибируемыми генами. Напротив, в поздней G1 фазе cohesin обнаруживается в разных местах. Далее существует прогрессивное смещение с предполагаемых мест загрузки в регионы между конвергентными генами. Интересно, что такое перемещение зависит от транскрипции: на некоторых неактивных генах cohesin распространяется вдоль транскрипционной единицы, но он сдвигается в нижесточщие регионы этих генов после активации транскрипции. Т.о., cohesin удаляется с активной транскрипционной единицы и накапливается в регионах между конвергентными генами (Figure 1A). Эти наблюдения открывают интригующую возможность, что кольцеобразные cohesin комплексы перемещаются вдоль волокон ДНК с помощью удлиняющей РНК полимеразы и как следствие накапливаются между конвергентными генами. Однако кольцо может быть также разобрано (Bausch et al., 2007), и до некоторой степени неожиданно, что не происходит концентрации cohesin ниже активных генов, которые не находятся в конвергентной конфигурации. Др. вопрос, cohesin "set aside" совершенно пассивно между конвергентными генами, поскольку регионы имеют небольшое значение или это специфические места расположения cohesin могут иметь дополнительное функциональное значение. В данном номере журнала Gullerova and Proudfoot (2008) получили новую информацию как о молекулярном механизме, так и функции накопления cohesin между конвергентными генами. Исследование проводилось на делящихся дрожжах S. pombe, которые имеют то же самое очевидное геномное распределение сайтов, связывающих cohesion, что и S. cerevisae (Lengronne et al., 2004). В нескольких парах конвергентно ориентированных генов наблюдалась высокая степень транскрипции, причем транскрипция одного гена переходила далеко на др. ген и vice versa. Удивительно, эта readthrough транскрипция обнаружима только G1 фазе клеточного цикла, тогда как во время G2 транскрипция генов собственно заканчивается. Парадоксально, это корректное завершение во время G2 нуждается, чтобы оба гена были активны. Как сообщалось для почкующихся дрожжей (Glynn et al., 2004; Lengronne et al., 2004), cohesin накапливается между конвергеннтными активными генами преимущественно во время G2. Эта временная корреляция открывает возможность, что cohesin помогает заканчивать транскрипцию. В самом деле, делеция Scc1/Rad21, важной субъединицы cohesin subunit, вызывает драматическое увеличение readthrough транскрипции конвергентных генов во время G2. Т.о.. cohesin играет роль в контроле окончания транскрипции генов во время G2.

Исследование Gullerova and Proudfoot также выявило механизм, c помощью которого cohesin комплексы могут быть направлены на регионы между конвергентно транскрибируемыми генами. Переходящая пределы (readthrough) транскрипция этих генов во время G1, как можно ожидать, будет вызывать образование двунитчатых РНК (dsRNA), которые активируют путь RNA interference (RNAi), который в свою очередь нацеливает локальное образование гетерохроматина. В самом деле, в двух парах конвергентно транскрибируемых генов, классические метки гетерохроатина (trimethylation of lysine 9 on histone H3 H3K9me3) и связывание Swi6 белка, могут быть обнаружены между генами. Делеция Swi6 вызывает последующую потерю связыввания cohesin, это согласуется с более ранними наблюдениями, что Swi6 необходим для рекрутирования cohesin на центромерные регионы (Bernard et al., 2001; Nonaka et al., 2002). Более того, удаление ключевых компонентов пути RNAi ведет к readthrough транскрипции во время G2. Эти результаты указывают на цикл событий, участвующих в инициальном формировани гетерохроматина во время G1 между конергентными генами, это затем вызывает накопление cohesin и тем самым предупреждает readthrough транскрипцию во время G2 (Figure 1A). Какова же польза от этого сложного цикла, с readthrough транскрипцией допускаемой во время G1, но не во время G2? Возможно, что это предоставляет способ регуляции белков клеточного цикла, кодируемых этими генами, поскольку различия в 3' нетранслируемых регионах транскриптов могут влиять на стабильность и трансляционную эффективность мРНК.

Неожиданный аспект модели, предложенной Gullerova and Proudfoot, заключается в том, что компоненты гетерохроматина, первоначально обнаруживаются в конвергентно транскрибируемых регионах в G1 фазе, тогда как cohesin накапливается в этих сайтах только G2 (Figure 1 A). Т.о., гетерохроматин, по-видимому, "подготавливает почву" для cohesin скорее, чем непосредственно рекрутирует cohesin на эти локусы. Глобальное картирование cohesin и компонетов гетерохроматина в G1 и G2 клетках д. выявить, представляет ли собой роль гетерохроматина в направлении cohesin общим механизмом. В противоположность делящимся дрожжам почкующиеся дрожжи лишены RNAi и H3K9me3/ Swi6 системы. Возможно, что альтернативный механизм существует у S. cerevisiae , чтобы направлять cohesin в регионы между конвергентно транскрибируемыми генами. Sir белки, которые являются разного типа гетерохроматиновыми белками, обеспечивают направление cohesin на HMR локус почкующихся дрожжей (Chang et al., 2005) и могут поэтому быть прекрасными кандидатами на роль обеспечения накопления cohesin в местах конвергентной транскрипции.

Тогда как роль cohesin в генной регуляции у S. pombe , по-видимому, тесно связана с клеточным циклом, новые доказательства на Drosophila указывают на то, что cohesin может контролировать транскрипцию в неделящихся клетках (Pauli et al., 2008; Schuldiner et al., 2008). Cohesin субъединицы экспрессируются в постмитотических нейронах, а разрушение cohesin ведет к дефектам формирования нейронального паттерна, которые могут вызываться измененной экспрессией генов. Скрининг инсерций транспозонов для обнаружения мутаций, которые затрагивают формирование паттерна аксонов в грибовидных телах, выявил в нейронах две субъединицы cohesin, SMC1 и Scc3/SA (Schuldiner et al., 2008). Повторная экспрессия SMC1 беллка в постмитотических нейронах, лишенных SMC1, может нормализовать фенотип формирования паттерна аксонов. Потеря SMC1 вызывает снижение экспрессии гена экдизонового рецептора EcR-B1, а избыточная экспрессия EcR-B1 белка может частично устранять дефекты нейронов, указывая тем самым, что SMC1 может контролировать формирование паттерна нейронов посредством регуляции экспрессии EcR-B1. Роль SMC1 д. быть также продемонстрирована в нехождении дендритов обонятельных нейронов. Эти данные непосредственно указывают на участие cohesin в генной регуляции в постмитотических клетках. Pauli et al. (2008) пришли к сходному заключению путем наблюдения за эндогенной Scc1/Rad21 суббъединицей с модифицированной версией, которая расщепляется c помощью tobacco etch virus (TEV) протеазы. Путем контроля экспрессии протеазы cohesin кольцо д. разрываться в специфическое онтогенетическое время или в специфических тканях. Используя эту систему они показали, что cohesin теряется с политенных хромосом в течение 4 ч после экспрессии TEV протеазы, но что не затрагиваются ни политенная морфология, ни осциляции широкого разноолбразия белков хроматина. С помощью управления экспрессии TEV протеазы специфически в постмитотических нейронах или холинэргических нейронах распределение cohesin, как было показано, ведет к тяжелым дефектам развития в этих субпопуляциях нейронов.

Учитывая эти строгие указания, может ли Drosophila cohesin регулировать генную экспрессию, когда он локализован на хромосомах? Геномные ChIP исследования на разных клеточных линиях Drosophila (Misulovin et al., 2008) показали, что паттерн cohesin на хромосомах Drosophila очень отличен от такового у дрожжей. Не наблюдается накопления кохезина между конвергентными генами. Вместо этого cohesin обнаруживает распределение с предпочтением транскрипционным единицам, особенно интронным последовательностям и 5' нетранслируемым регионам. Более того, conesin существенно перекрывается с субнабром транскрипционно активных генов и устраняется с неактивных генов (Figure 1A). Напр., cohesin ассоциирует с Adb-B геном в Sg4 клетках, где ген экспрессируется, но не с Kc и Bg3 клетками, в которых ген неактивен. Это находится в резком контрасте с дрожжами, где cohesin удаляется с генов после транскрипции. Др. отличием от дрожжей является то, что у Drosophila загрузочный фактор Nicoed-B обладает очень сходным распределением с cohesin, подтверждая тем самым, что два компонента не диссоциируют после загрузки cohesin на ДНК. Эти данные указывают, что очень разные механизмы таргетинга могут управлять локализацией cohesn у дрожжей и мух, это может быть связано с разными ролями в генной регуляции.