Посещений:
КИНЕТОХОРЫ



Структура и функция

Kinetochore Function from the Bottom Up
Stephen M. Hinshaw,Stephen C. Harrison
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tcb.2017.09.002





Figure 1 Key Figure: Model of a Single Kinetochore Unit (A) (From left to right) Micrograph showing a vertebrate kinetochore, micrograph showing a single purified yeast kinetochore, and schematics showing single kinetochore units in the absence or presence of tension (labels below). Electron micrographs have been adapted from published sources [80, 131]. Kinetochore features are not drawn to scale and are only intended to suggest overall architecture. (B) Schematic showing the connection between CENP-A and a microtubule. The inset at upper left suggests likely flexibility in the absence of tension. Kinetochore components are colored as in (A) with the exception that centromeric DNA is colored pink, CENP-C/Mif2 is green, and CENP-T/Cnn1 is tan. The hydrophobic C-terminal tail of CENP-A, which contacts CENP-C [8, is in the center of the histone octamer and is also colored pink. Only a cutout of the DASH ring is drawn (yellow). High-resolution structures were taken from published sources [14, 36, 57, 132]. Red circles indicate kinase-regulated interfaces (Table S2) [57, 61, 62, 66, 69, 70, 133]. Observed competition between CENP-T and CENP-C for MIND interaction [68 is not shown. Abbreviations: F, force; MT, microtubule.

Биохимическая реконструкция активности кинетохор показала, как устанавливается и поддерживается catch-bond соединение, как собираются белки кинетохор в матричную CENP-A нуклеосому и как индивидуальные субкомплексы соединяются, чтобы обеспечить соединение центромеры с микротрубочками. Фосфорегуляция архитектуры кинетохор начинает объяснять, как присоединение микротрубочек регулируется во время клеточного цикла.

Kinetochore Organization and the Generation of Force at the Centromere


Расхождение хромосом эукариот или распределение генетического материала между потомками, удивительно сложная задача клетки. Белковые ансамбли, наз. кинетохорами (see Glossary), которые занимают области хромосом, наз. центромерами, и поддерживают связи между хромосомной ДНК и микротрубочками веретена, являются центральным завершением этой задачи. Для осуществления этого необходимы, по крайней мере, 5 функций важных для правильного расхождения хромосом: (i) они объединяют хромосомные движения с динамикой микротрубочек; (ii) они отслеживают соединения микротрубочек и реагируют соотв. образом, обеспечивая повторные соединения при некорректном прикреплении и предупреждая наступление анафазы до тех пор, пока все не будут установлены правильно; (iii) у большинства эукариот кинетохоры размножаются во время последовательных клеточных делений с помощью эпигенетического механизма; (iv) хотя это не встречается в случае почкующихся дрожжей, которые формируют одиночное соединение микротрубочки с хроматидой, кинетохоры большинства эукариот используют множество таких соединений вдоль одиночной хроматиды, все они д. быть ориентированы в направлении одного и того же полюса. Во время мейоза I, одинаковая ориентация касается сестринских хроматид; и (v) кинетохоры усиливают соединение между сестринскими хроматидами, это противодействует вплоть до анафазы силам разделения, вызываемыми микротрубочками. Фосфорилирование регулирует эти изменчивые функции путем активации разных состояний сборки кинетохор. Прогресс в понимании архитектуры кинетохор теперь позволяет нам рассматривать механизмы, которые позволяют осуществлять эти пять функций.
Механистические вопросы, обсуждаемые здесь, имеют серьезные последствия для здоровья человека. Раковые клетки обладают тяжелыми дефектами точности расхождения хромосом, а неправильное расхождение митотических хромосом вызывает врожденные дефекты и стерильность. Приблизительно треть соматических клеток обнаруживает нарушение баланса целых хромосом у мышей, экспрессирующих мутантный аллель компонента кинетохор (BUB1BH/H) [1]. Этот клеточный дефект проявляется на уровне организма как повышенный показатель раковых опухолей, снижение плодовитости и прогерия [2].

An Overview of the Chromosome-Microtubule Connection


Восхищение интерфейсом между хромосомами и митотическим веретеном приходится на конец 19-го столетия [3]. Недавние исследования, потребовавшие, десятилетий работы по идентификации молекул, обеспечивающих эти свойства, теперь называемых кинетохорами, теперь сконцентрированы на консервативном наборе факторов (schematic shown in Figure 1, Key Figure). Кинетохоры млекопитающих состоят из ряда единиц кинетохора, каждая построена как одиночная подобная нуклеосоме частица. Кинетохоры почкующихся дрожжей состоят из единственной такой единицы (Figure 1). Стержнем аппарата является идентичный для дрожжей и человека элемент. Мы отслеживали связь между хромосомной ДНК и микротрубочками, начиная с т. наз. белков 'inner kinetochore', которые ассоциируют с центромерной ДНК .
Др. точкой кинетеохор является нуклеосома, определяемая вариантом гистона H3, CENP-A у людей и Cse4 к почкующихся дрожжей (Figure 1, purple). Помимо отложения и удаления факторов [4, 5, 6, 7], два кинетохорных белка, CENP-N/Chl4 и CENP-C/Mif2 (Figure 1, green), взаимодействуют с CENP-A/Cse4 доменом гистоновой складки [8, 9]. Соответственно два уникальных признака отличают CENP-A/Cse4 от гистона H3. Одним является поверхность центральной спирали CENP-A/Cse4 гистоновой складки, наз. CENP-A targeting domain (CATD), который достаточен для взаимодействия с шапероном HJURP/Scm3 [5]. Образование гистонового октамера несовместимо со связыванием HJURP/Scm3 [10, 11], предполагается, что хотя, Scm3 остается ассоциированным с кинетохором в ходе клеточного цикла [12], он сохраняет свое положение благодаря поддержке в виде связи с кинетохорными белками, иными, чем Cse4 [13]. CENP-N/Chl4 также контактирует с CATD [9], преимущественно после изгнания шаперона с CENP-A/Cse4, но специфические свойства этого взаимодействия пока не установлены (see Outstanding Questions). Второй отличительной способностью CENP-A/Cse4 является кластер гидрофобных остатков вблизи его C-конца, которые взаимодействуют с CENP-C/Mif2 [14]. Наконец, взаимодействие между дрожжевым белковым комплексом Ctf19 и Cse4 N-терминальным хвостом [15] указывает на дополнительный контакт между белками внутреннего кинетохора и CENP-A/Cse4 нуклеосомой, что согласуется с дефектами сборки кинетохора, наблюдаемыми у делящихся дрожжей и у человеческих мутантов CENP-A/Cse4 N-терминального хвоста [16, 17].
CENP-C/Mif2 закрепляет кинетохор путем соединения центромер-определяющих нуклеосом с дистальными компонентами кинетохора [18, 19, 20, 21]. Все CENP-C/Mif2 гомологи содержат, по крайней мере, один CENP-C характерный мотив, и он взаимодействует с гидрофобными остатками вблизи C-конца CENP-A [14]. Димеризация CENP-C/Mif2 посредством C-терминального cupin-fold домена [22] подтверждает, что одиночный такой димер может собираться вдоль нуклеосомной пары. В то время как подобно настоящим центромерам почкующихся дрожжей, которые имеют по единственной Cse4 нуклеосоме на хроматиду [23], расположение может быть более сложным в организме со многими CENP-A нуклеосомами на центромеру. Напр., соотношение CENP-A к H3 в воспроизведенном массиве нуклеосом предопределяет эффективность образования кинетохоры в системе яйцевых экстрактов Xenopus laevis [24], намекая на возможность, что CENP-C поперечно связывает соседние CENP-A частицы. Независимо от этого, целенаправленно действующие CENP-C позвоночных, которые имеют тандемные распознающие мотивы [14], чтобы определять хромосомный локус, управляющий сборкой кинетохоры [25, 26].
Три белковых комплекса собираются непосредственно на CENP-C/Mif2 [18, 19, 21, 27, 28, 29]. Первый из них, MIND комплекс (Figure 1, grey), содержит MIS12/Mtw1, PMF1/Nnf1, Nsl1 и Dsn1. Второй известен как COMA комплекс у почкующихся дрожжей, содержит CENP-P/Ctf19, CENP-Q/Okp1, CENP-O/Mcm21 и CENP-U/Ame1 [27]. Третий, Ctf3 комплекс у почкующихся дрожжей, содержит CENP-I/Ctf3, CENP-H/Mcm16 и CENP-K/Mcm22 [30]. MIND является структурной основой кинетохоры. Соединение между CENP-C/Mif2 и MIND зависит от N-терминального фрагмента CENP-C/Mif2 [20, 21] и является мишенью для регуляции киназой [31, 32].
Как только устанавливается на кинетохоре, MIND осуществляет контакт с микротрубочками путем рекрутирования законсервированного тетрамера Ndc80 (Spc24, Spc25, Ndc80 и Nuf2; Figure 1, orange) [33]. Spc24 и Spc25 связаны с C-терминальным пептидом Dsn1 и соединяется с Ndc80 и Nuf2 белками посредством пучка из 4-х спиралей, которые соединяются с расширенными биспиральными (coiled-coil) регионами обоих димеров [28, 34, 35, 36, 37].Домен calponin гомологии в Ndc80 и его гибкое, N-терминальное расширение контактирует с микротубулярной решёткой [38]. Поскольку комплекс Ndc80 достаточен для отслеживания деполимеризации кончиков микротрубочек in vitro [39], то взаимодействия между Ndc80, белками, ассоциированными с микротрубочками, и микротрубочками необходимы klkz становления и поддержания крепления микротрубочек in vivo (Figure 2) [40, 41, 42, 43].
Помимо Ndc80, интерфейс кинетохор-микротрубочка, чрезвычайно разнообразен среди эукариот. К дрожжей ключевым свойством является 10-protein ансамбль, наз. DASH комплексом (Figure 1, yellow) [44] который олигомеризуется, чтобы сформировать скользящую манжетку вокруг кинетохорных микротрубочек [45, 46]. Кинетохоры первоначально контактируют в решеткой микротрубочек (Figure 2, state 2), и только после преобразования этого соединения в т. наз. 'end-on' соединение, многоступнчатый процесс, использующий активный транспорт вдоль микротрубочек, комплекс DASH становится основой [47, 48]. Позвоночные используют Ska комплекс, который используется независимо от DASH [49], чтобы отслуживать деполимеризацию кончиков микротрубочек [50, 51]. Зависимость от DASH у дрожжей может отражать опору на одиночную микротрубочку на хроматиду [52]. В самом деле, увеличение количества микротрубочек на кинетохору у Candida albicans отражает зависимость организма от белков DASH [53].
Второй белковый комплекс, содержащий CENP-T/Cnn1 (Figure 1, tan) поставляет Ndc80 на кинетохору [54]. CENP-T/Cnn1 зависит от своего партнера по связыванию CENP-W/Wip1 и CENP-I/Ctf3 комплекса при рекрутировании на кинетохор [55, 56]. N-терминальное расширение CENP-T/Cnn1 соединяется непосредственно с Spc24/25, воспроизводя соединение Dsn1-Spc24/25 [34, 57]. Это расширение, если искусственно закреплено на минихромосоме, лишенной настоящей центромеры, то позволяет минихромосоме сегрегировать по митотическому веретену [56]. Это и схожие наблюдения на клетках человека [25] ставят вопрос: до какой степени CENP-T/Cnn1 представляет собой соединение между ДНК и микротрубочками, который отличен от и функционально перекрывается с CENP-C/Mif2-зависимым соединение? То, что линия cnn1- жизнеспособна, тогда как линии mif2- нет, указывает на то, что это, строго говоря, не случай для дрожжей (Table S1 in the supplemental information online). Действительно ли более сложные центромеры неспособны производить достаточно соединений микротрубочек в отсутствии CENP-T? Являются ли оставшиеся соединения недостаточно крепкими (buttressed), или существует пока недооцененные функции у CENP-T, которые делают его необходимым?

Regulation of Kinetochore Assembly and Function


Структура кинетохора не является монолитной, но изменяется во время клеточного цикла в соответствии с меняющимися потребностями (e.g., [58, 59]). Киназы регулируют сборку кинетохоров в ответ на состояние клеточного цикла и прикрепление микротрубочек (Table S2). Доказательства киназного регулирования во внутренней части кинетохоры включают находки, что PLK1 и CDK1 киназы ограничивают отложение CENP-A на ранних стадиях клеточного цикла [60] и что у дрожжей phosphomimetic мутации в Cse4 частично обходят Ipl1 киназы температурно-чувствительный аллель [61]. Киназа Aurora B/Ipl1 также способствует сборке кинетохора с помощью фосфорилирования Dsn1 [62, 63]. Пептид, ближайший к Dsn1 N-концу, конкурирует с CENP-C/Mif2 за связывание MIND, а Aurora B/Ipl1 фосфорилирование Dsn1по сериновому остатку внутри пептида стимулирует сборку внешней части кинетохора, склоняя баланс этой конкуренции в пользу CENP-C/Mif2 [57]. Инактивация ключевого сайта мишени Cdk1 (Dsn1-S264) отвергает потребность в Ipl1-обеспечиваемом фосфорилировании Dsn1 [62], указывая, что предшествующий путь не полностью описывает потребность в MIND для внутренней части кинетохора. Схожий Ipl1-зависимый механизм активен в раннем мейозе, когда соединения кинетохоров с микротрубочками должны разрываться и восстанавливаться в мейозе II [59, 64].
Киназа также регулирует интерфейс между кинетохорами и микротрубочками. Напр., Mps1 киназа фосфорилирует Cnn1, чтобы предупредить связывание Ndc80 [34, 65]. Cdk1 и Ipl1 также фосфорилируют Cnn1, и общий уровень фосфорилирования Cnn1 коррелирует с потребностями в кинетохорах [65, 66, 67]. У позвоночных, CDK1 фосфорилирование CENP-T способствует поставке комплекса Ndc80 [68]. Кристаллическая структура Dsn1, связанного с Spc24/25 подтверждает, что фосфорилирование может сходным образом регулировать взаимодействие MIND-Ndc80 [57]. Помимо регуляторной ступени, Aurora B фосфорилирует Ndc80, это позволяет Ndc80 соединяться с Mps1 вместо микротрубочек и в конечном итоге приводит к фосфорилированию KNL1/Spc105 и активации spindle assembly checkpoint (SAC) [69, 70]. Наконец, Mps1, CDK1 и Aurora B регулируют рекрутирование на кинетохоры Ska комплекса [71, 72, 73]. Активность др. киназ, ассоциированная с SAC, вне темы данного обзора [74].
Ступени регулируемой сборки кинетохор, представленные выше, не согласуются с некоторыми конфликтными наблюдениями. У дрожжей делеция N-терминального фрагмента Mif2, который необходим и достаточен для связывания MIND, не является летальным in vivo [18]. Почему тогда регуляция взаимодействия Mif2-MIND столь существенна [62]? Это определяет фрагмент Ame1 субъединицы COMA комплекса, связанного с MIND, а делеция этого фрагмента фактически летальна [18], это ещё больше осложняет ситуацию. Основным объяснением этих наблюдений может быть кооперативная сборка белков внутреннего кинетохора, необходимого для стабильного соединения с микротрубочками [18], но, независимо от того насколько значительны отличия кинетохор между дрожжами и позвоночными, отсутствие влияния на жизнеспособность делеции CENP-U/Ame1 у позвоночных разрушает эту интерпретацию (Table S1) [54, 75]. Идентификация генетических супрессоров делеции AME1 и восстановления активности кинетохоров [29, 42, 76] в присутствии и отсутствии комплекса COMA станет важной ступенью в отношении соответствия структуры и функции кинетохоров.

Kinetochore Assembly States


Кинетохоры имеют сложную субъединичную стоихометрию, являющуюся предметом киназного регулирования. Количество молекул Ndc80 на каждом кинетохоре было использовано в качестве меры состояния сборки кинетохора; одна дрожжевая Cse4 нуклеосома соответствует одиночному кинетохору и приблизительно 8 Ndc80 комплексам в метафазе [23, 52, 77, 78]. Пока неизвестно, действительно ли у позвоночных CENP-A нуклеосомы и микротрубочки кинетохоров спариваются, но описано сходное соотношение Ndc80--микротрубочки [79]. Как возникает соответствие количества копий между CENP-A/Cse4 и Ndc80 пока до конца неизвестно, но кристаллическая структура дрожжевого комплекса MIND обнаруживает консервативный интерфейс олигомеризации, который в принципе д. позволять сборку приблизительно 6 MIND комплексов в виде кольца с Spc24/25-связывающими пептидами, проецирующимися с периферии [57]. Такая геометрия может объяснить свойства наблюдаемые на микрофотографиях частиц очищенных дрожжевых кинетохоров (Figure 1) [80]. Это может также объяснить максимум для шести молекул Ndc80 на CENP-A/Cse4 нуклеосому, оставляя остальное для работы с CENP-T/Cnn [34, 56, 66].
Биохимические реконструкции показали, насколько полные количества Ndc80 комплексов д. быть ассоциированы с каждым кинетохором. CENP-T может рекрутировать MIND независимо от CENP-C in vivo [25, 67], а анализ in vitro MIND-CENP-T-Ndc80 комплексов показал наличие трех Ndc80 излучений на частицу, при этом два испускались от CENP-T и один от MIND [68]. Электронные микрофотографии дрожжевых Ctf3-Ndc80-Cnn1 комплексов имели сходный вид [55]. CENP-C и фосфорилированный CENP-T человека конкурировали за взаимодействие с MIND in vitro [68], указывая. что CENP-C/Mif2 и CENP-T каждый рекрутирует MIND независимо. Др. возможность заключается в том, что CENP-T взаимодействует с субъединицами MIND, которые являются частями мультимерного ансамбля, в котором только две взаимодействуют с CENP-C/Mif2. Биохимические данные показывают, что две молекулы CENP-T/Cnn1 ассоциируют косвенно с каждой из CENP-A/Cse4 нуклеосом [29, 55]. Если учитывать также возможную олигомеризацию MIND, то финальное количество комплексов Ndc80 на центромерную нуклеосому будет 10 или 12. Без олигомеризации MIND это количество, скорее всего, станет равным 8. Количество белковых копий, подсчитанное на изолированной паре кинетохоров in vivo [77], без учета значения киназной зависимости и клеточного цикла, составит единственный путь для оценки этих моделей.

Sensing and Sustaining Microtubule Attachment


В идеале кинетохор поддерживает строгое прикрепление к кончикам микротрубочек только, когда его аналог, расположенный на сестринской хроматиде, закреплен на противоположных микротрубочках. В присутствии натяжения это должно удерживаться в продолжении метафазы и должно удерживать это соединение во время деполимеризации микротрубочек в анафазе (Figure 2, state 7). Соотв., растаскивание кинетохоров в разные стороны посредством кончиков микротрубочек, на которых они закреплены, будет стабилизировать соединение кинетохора с микротрубочками, даже в отсуствие киназ [76]. Stu2, фактор, ассоциированные с веретеном и кинетохором, который связывается с искривленными (curved) тубулиновыми димерами на кончиках деполимеризующихся микротрубочек, стабилизирует соединения кинетохор-микротрубочки при натяжении [42], предоставляя тем самым объяснение такой активности. Комплекс Ska позвоночных также ассоциирует с искривленным тубулином [50], хотя не была изучено усиление с помощью Ska соединений кинетохор-микротрубочки особенно в присутствии натяжения.
Кинетохоры не только чувствительны к флюктуациям микротрубочек, но они также дестабилизируют микротрубочки в отсутствие натяжения и стабилизируют их в присутствии натяжения [81, 82] (Figure 2, state 4). В клетках человека зависимая от натяжения стабилизация микротрубочек зависит также от Ndc80 [81]. В целом архитектура кинетохоров указывает на единственный путь, с помощью которого натяжение на сестринские кинетохоры может помочь замалчивать SAC [83]. Натяжение в веретене может заставлять радиально расположенные комплексы MIND сгибаться в направлении микротрубочек вдоль оси кинетохор, направляя проксимальные концы комплексов Ndc80 внутрь и отделяя checkpoint киназы от важных субстратов (Figure 1; 'Attached, Tension'). Поскольку эти перестройки могут быть частью долго использовавшегося тензиометра [84], то факт, что белок внутреннего кинетохора Sgo1 отделяется от центромер в присутствии натяжения, подтверждает, что растягивание кинетохоров это только часть механизма [85].

Managing and Counteracting Spindle Forces


Завершающей функцией кинетохоров является координация правильного расхождения сестринских хроматид. Исполнение этой функции зависит от регулируемых сил растаскивания и противодействию этим силам растаскивания, чтобы удерживать сестринские хроматиды вместе вплоть до анафазы. Противодействие зависит от ассоциации между сестринскими центромерами, которое в свою очередь зависит от кинетохоров [86, 87]. Клетки, дефицитные в отношении этой активности, обнаруживают неправильное расхождение хромосом с высокой частотой [88], и дефект становится выраженным в мейозе [89]. Только что реплицированные сестринские хроматиды удерживаются вместе с помощью когезинового кольцевого комплекса [90, 91]. Пики плотности хромосомного когезина обнаруживаются на центромерах и рассеиваются пака не достигнут базовых (характерных для плеч) уровней примерно на расстоянии 25 kb [92, 93, 94].Разделение сестринских центромер на митотическом веретене истощает пул центромерного когезина [88, 95, 96] (Figure 3A), подтверждая, что субнаборы когезинов на центромерах соединяют сестринские хроматиды до их разделения и что когезиновые комплексы, которые не удаляются после разделения сестринских центромер, этого не делают [90, 91, 98].

The Ctf19 Complex Coordinates Sister Centromeres and Complex Kinetochores


Множественные подходы привели к идентификации 5 белковых комплексов кинетохор с перекрывающимися функциями в обеспечении точности митозов, коллективно обозначаемых как constitutive centromere-associated network (CCAN) у позвоночных и комплекс Ctf19 у дрожжей [27, 75, 99, 100-104]. Это CENP-N/Chl4 комплекс (CENP-N/Chl4 и CENP-L/Iml3), CENP-I/Ctf3 комплекс, Nkp1/2 комплекс (Nkp1 и Nkp2, не найден у позвоночных), CENP-T/Cnn1 комплекс и COMA комплекс. Ассоциация этих факторов с кинетохорами является кооперативной и орентировочно иерархической [55, 105]. COMA белки лежат поверх на пути сборки, после Chl4/Iml3, Ctf3 комплекса и Cnn1 комплекса [30, 55, 106].
Члены комплекса Ctf19 работают совместно, чтобы доставить на кинетохоры комплекс загрузки когезина, гетеродимер из Scc2 и Scc4 белков (Scc2/4; NIPBL и Mau2 у позвоночных) [88, 95, 107] (Figure 3B). Как часть этого процесса, комплекс Ctf19 рекрутирует Dbf4-dependent kinase (DDK; Cdc7-Dbf4 у дрожжей) на кинетохор в G1, ступень, необходимая для рекрутирования Scc2/4 и для ранней репликации всех 16 центромер дрожжей [108]. Оказавшись на центромерах, DDK фосфорилирует Ctf19, который затем взаимодействует с законсервированной поверхностью белка Scc4 , который специфически необходим для целенаправленной загрузки cohesin на центромеры дрожжей [109, 110]. Следовательно, кинетохоры гарантируют мощную загрузку когезина в начале клеточного цикла. Транслокация когезина вдоль ДНК теперь наблюдается и in vitro [111, 112], это, скорее всего, объясняет широкое распределение когезина вокруг центромер. С CENP-A-ассоциированная ДНК также реплицируется раньше у делящихся дрожжей, мух и мышей [113, 114, 115, 116], подтверждая, что кинетохорами обеспечиваемая поставка DDK, эта ограничивающая ступень в инициации репликации ДНК, может быть у них общей.
Подобно своим гомологам у почкующихся дрожжей, компоненты Ctf19 у делящихся дрожжей, были идентифицированы при генетическом скрининге мутантов с дефектами сегрегации хромосом [117, 118]. Ctf19 гены являются важными для роста делящихся дрожжей (Table S1) [117], а гипоморфные аллели fta2 и mis15 (CTF19 и CHL4 у почкующихся дрожжей) обнаруживают повышенную активность КПП (checkpoint) веретена и неравное распределение ДНК у дочерних клеток [119, 120]. Комплекс CCAN/Ctf19 является также важным в клетках человека, где нокдаун или делеция большинства протестированных субъединиц приводит к аресту на ст. анафазы и аберрантной морфологии веретена (Table S1) [102, 105, 121]. Важен паттерн субъединиц комплекса Ctf19 у разных видов - они особенно важны у млекопитающих и несущественны у дрожжей - это указывает, что они могут помогать ориентировать прикрепление микротрубочек к индивидуальным хроматидам.

Meiosis-Specific Kinetochore Functions and the Ctf19 Complex


Расхождение мейотических хромосом, что влечет за собой одновременное расхождение сестринских хроматид во время первого деления и расщепление сестринских хроматид во время второго деления, требует адаптаций кинетохоров и ассоциированных с ними функций (rev. [90]). Эти адаптации включают совместную ориентацию сестринских кинетохоров во время мейоза I, защиту слипчивости сестринских центромер вплоть до их деструкции в анафазе мейоза II, и к переустройству соединений микротрубочек с кинетеохорами без привлечения репликации ДНК. У дрожжей совместная ориентация кинетохоров зависит от Y-образного monopolin комплекса [122, 123, 124], который, как полагают, удерживает вместе MIND комплексы от сестринских кинетохоров [122, 125, 126]. Итак, Cdc5 и monopolin достаточны, чтобы управлять расхождением сестринских центромер в митозах [127], но Cdc5 субстраты, необходимые для одинаковой ориентации сестринских хроматид в мейозе I, не идентифицированы.
Комплекс Ctf19 выполняет, по крайней мере, две функции, уникальный для мейоза. Во-первых, удержание слипчивости центромер во время первого мейотического деления зависит от Sgo1 и белков Ctf19 комплекса Chl4 и Iml3 [89, 128]. Во-вторых, белки комплекса Ctf19 влияют на мейотическую рекомбинацию путем супрессии кроссинговера вокруг центромер в два этапа [129]: зависимое от комплекса Ctf19 рекрутирование cohesin обнаруживает склонность репарировать двойные разрывы двойной нити сестринских хроматид [129, 130], и Ctf19 белки супрессируют разрывы двойной нити на центромерах независимо от рекрутирования когезина [129]. Понимание этих и дополнительных мейотических функций белков кинетохоров важно для последующего выяснения сегрегации хромосом во время гаметогенеза.

Concluding Remarks


Centromeres, through their associated factors, organize and respond to opposing forces. The timing of cellular events, the details of which we have not explicitly addressed here, enables the orderly execution of these activities. We anticipate that advances in the coming years will address the coordination of regulated kinetochore assembly by the cell cycle with particular attention to the contributions of sequential waves of kinase activities as cells progress from G1 to metaphase. Fundamental questions remain: how are cellular decisions made, how are checks and balances on competing inputs encoded at the molecular level, and what are the long-term consequences of these decisions, both for individual cells and, where applicable, for whole organisms?