Конденсация митотических хромосом была описана более 100 лет назад. Конденсация хромосом, как полагают, преодолевает несколько важных структурных проблем, связанных с разделением генома в митозах. Во-первых, хромосомы длиннее чем длина делящейся клетки. Поэтому несконденсированные хромосомы вряд ли смогут эффективно расходиться [1,2]. Во-вторых, интерфазные хромосомы перемешаны, особенно транскрипционно активные области. Родственная третья проблема заключается в том, что после репликации ДНК, сестринские хроматиды пространно связаны как с помощью переплетения ДНК [3] так и с помощью белковых связей [4]. Все связки между сестринскими хроматидами должны быть устранены, чтобы сделать возможной сегрегацию на митотическом веретене. Упорядоченный и обратимый процесс превращения структуры ДНК в индивидуальную палочковидную хромосому во время митоза д. управлять устранением каких-либо перекручиваний между хромосомами и укорачивать их длину, делая возможной сегрегацию во время анафазы [5].
Последние 25 лет достигнуты существенные успехи в области струткру хромосом, такие как способность восстанавливать конденсацию
in vitro с помощью экстрактов из лягушек [6] и идентификация основных ключевых факторов конденсации, включая condensin [7,8] и topoisomerase II [9,10]. Однако остаются фундаментальные вопросы, такие как: (i) является ли митотическая компактизация стохастическим процессом?; (ii) каковы роли condensin и topoisomerase II структурные или энзиматические? и (iii) интегрирована ли конденсация с др. метаболическими активностями ДНК, такими как транскрипция?
Principal factors required for the integrity of mitotic chromosomes
Исследования состава митотических хромосом первоначально установили, что они формируются равными количествами гистоновых и негистоных белков [11,12]. Ранние исследования конденсированных метафазных хромосом подтвердили, что скручивание хроматинового волокна происходит во время интерфазы [13] и сопровождается дальнейшим скручиванием в митозе [14]. Однако получение картин метафазных хромосом человека, освобожденных от гистонов, показало, что конденсированные митотические хромосомы представляют собой последовательные петли ДНК, которые закреплены на напоминающей белок хромосомной оси [15]. Эти напоминающая белок скелето-подобная структура, первоначально была обозначена как 'хромосомный каркас' [16], позднее было установлено, что она богата topoisomerase II [9,10] и белком structural maintenance of chromosomes 2 (SMC2)[17].
Topoisomerase II является типа IIA топоизомеразой, которая катализирует АТФ-зависимый транспорт одной интактной двойной спирали ДНК через др. [18]. Topoisomerase II может осуществлять свою ферментативную активность, используя разные сегменты одной и той же молекулы ДНК или сегменты, которые принадлежат разным молекулам (напр., сестринским хроматидам). Поскольку этот энзим способен расслаблять перекрученные или недокрученные молекулы ДНК (или позитивную или негативную суперспираль, как только ДНК будет освобождена от белков) (Figure 1a) или расцеплять (или даже сцеплять) две разные молекулы ДНК (Figure 1b). Все эукариотические клетки имеют, по крайней мере, одну типа II topoisomerase. Позвоночные имеют две изоформы, названные
topo II? и topo II?, которые имеют разные паттерны расположения
in vivo. Во время митозов
topo II? концентрируется на хромосомах [9,10,19], тогда как
topo II? в основном цитоплазматическая. Активность топоизомеразы II необходима для индивидуализации хромосом у позвоночных [20] и для разделения реплицированных сестринских хроматид у всех организмов [20-23]. Точная роль topoisomerase II в конденсации остается едва уловимой поскольку её инактивация (или генетически, биохимически или посредством ингибирования) придает разнообразные морфологии хромосомам у разных организмов [6,20,24,25].
In vivo, topoisomerase II обнаруживает динамическую локализацию на митотических хромосомах [19,26,27]. Более того, воздействие ингибиторами, которые блокируют ферментативную активность topoisomerase II, так закрытая манжетка на ДНК ингибирует подвижность topoisomerase II, демонстрируя, что topoisomerase II является каталитически активной на хромосомах [26]. Поэтому важно. чтобы модели объясняли вклад topoisomerase II в конденсацию хромосом, учитывая постоянную активность этого энзима во время митозов.
Figure 1. DNA topological transitions. (a) Supercoiling and relaxation in naked (top; note that different colors represent the Watson and Crick strands) and chromatinized (bottom; note that beads represent nucleosomes) templates. In a relaxed double-helical segment of DNA, the strands are twisted on the axis once every 10.4-10.5 base pairs. In a relaxed, closed, circular molecule (middle), the addition or subtraction of twist (over- and underwinding, respectively) makes the molecule contort into a new shape; this is referred to as 'supercoiling'. The two lobes of the supercoiled DNA appear rotated either clockwise (right) or counterclockwise (left) with respect to each other, depending on whether the molecule was over- (right) or underwound (left). The addition of helical twists caused by overwinding leads to positive supercoiling, whereas subtraction of twist by underwinding causes negative supercoiling. Topoisomerase dissipates supercoiling (relaxation) by generating transient breaks in the DNA, thus returning the molecule to a relaxed state. Chromatin fibers (bottom) can also be subjected to changes in DNA topology similar to those seen in naked DNA. (b) Catenation between circular DNA molecules connects them together like chain links. Completion of replication generates a final intermediate of catenated sister chromatids that cannot separate into the two daughter cells. Topoisomerase II can separate topologically linked molecules by introducing a transient double-strand break in one DNA segment, followed by the passage of an intact DNA molecule through the break before re-ligation in a process referred to as 'decatenation'.
Вторым широко распространенным компонентом каркаса хромосом является основная субъединица конденсина, SMC2 [17]. SMC2 является также оригинальным членом семейства хромосомных ATPases, идентифицированным при генетическом скрининге на мутации, которые ведут к потере мини-хромосом у дрожжей [8]. Семейство SMC также содержит SMC4 (др. стержневую субъединицу condensin), SMC1-SMC3 (субъединицы cohesin) и SMC5-SMC6 (часть Smc5-Smc6 комплекса) [28,29]. SMCs в конденсине укладываются внутримолекулярно с помощью антипараллельного coiled-coil взаимодействия и они также образуют димер посредством взаимодействий своих шарнирных регионов, формируя V-образные структуры [30]. Помимо SMC2 и SMC4, condensin содержит три консервативные non-SMC субъединицы [31,32], которые соединяют мостиком головки SMC2-SMC4, образуя кольце-подобную структуру [33], которая, как полагают, залавливает ДНК. Важно, что комплекс необходим для конденсации хроматина спермиев, которая происходит in vitro после добавления митотического экстракта Xenopus [31]. В клетках позвоночных существуют два родственных комплекса condensin, condensin I и condensin II [34]. Их относительное содержание на хромосомах, по-видимому, диктует толщину и длину метафазных хромосом [35]. Взаимодействие конденсина с ДНК строго регулируется. У позвоночных condensin I в основном исключен из ядра во время интерфазы (в противоположность condensin II) [36,37]. Ассоциация ядерного конденсина с хромосомами, по-видимому, является предметом дополнительной локальной регуляции. В некоторых системах condensin I оказывается делокализованным из хромосом вследствие нарушения функции aurora B kinase [37-41], это указывает на присутствие базового уровня ассоциации по всему геному, который может быть усилен, если необходимы высокие уровни функции condensin. Базовая ассоциация condensin во время митозов может управляться путем подавления транскрипции, происходящего во время этой стадии, как известно, все три эукариотические РНК полимеразы ингибируются во время митозов [42]. Недавние открытия показали, что инактивация транскрипции во время митозов необходима для компакции хроматина и правильной сегрегации [43,44]. Это было тщательно охарактеризовано на rDNA повторах почкующихся дрожжей, у которых репрессия транскрипции во время митоза необходима, чтобы сделать возможным присоединение конденсина и компакцию рибосомальных повторов [45-47]. Вполне возможно, что глобальная репрессия транскрипции является обязательным условием для конденсации митотических хромосом, поскольку она стимулирует рекрутирование факторов, таких как condensin [47], который активно участвует в этом процессе.
Condensin, сходен с topoisomerase II, обладает выраженной биохимической активностью на ДНК [48].
In vitro, гетеродимер SMC2-SMC4 в обязательном порядке соединяется с ДНК, тогда как полный condensin holocomplex обнаруживает отличающиеся характеристики связывания ДНК [49], включая предпочтение к крестообразным структурам, таким как крестообразная ДНК [48]. В терминах ферментативной активности димер SMC2-SMC4, как было установлено, способствует повторному отжигу (re-annealing) [50,51]; Однако наиболее законсервированной ферментативной активностью condensin, по-видимому, является внесение глобального позитивного скручивания (writhe) в ДНК. Это было показано на примере как внесения праворучных (right-handed) узелков в циркулярные с зарубинкой (nicked) плазмиды в присутствии типа II topoisomerase [52,53] так и на condensin-зависимом перекручивании (positive supercoiling) ковалентно закрытых циркулярных ДНК в присутствии типа I topoisomerase [39,48,54,55]. Хотя сходная активность [56] была обнаружена в бактериальной конденсиновой субъединице MukB, точное механистическое взаимоотношение между эукариотической и прокариотической активностями ещё предстоит установить.
How does condensin change chromosome structure?
Силы, которые управляют конденсацией хроматина во время митозов, всё ещё спорны [31,57-59]. Бесклеточные подходы с использованием экстрактов яиц Xenopus laevis строго показали, что condensin является первичной организующей силой, которая трансформирует транскрипционно неактивный интерфазный хроматин в конденсированные хромосомы [31].
Механизм, с помощью которого condensin генерирует и поддерживает конденсацию остается спорным. С одной стороны, действие condensin заключается в том, что он, по-видимому, образует мостик между двумя разными сегментами ДНК той же самой хромосомы [60]. Концентрация condensins на каркасе хромосом и в основании митотических хромосомных петель подтверждает идею, что condensin, связывая мостиками, д. стабилизировать эти петли закрепляя их на оси хромосомы. Обширные исследования родственного cohesin SMC1-SMC3 комплекса показали, что cohesin обеспечивает слипание сестринских хроматид путем топологического охвата одной или обеих сестринских хроматид нити ДНК (rev. [61]). Гипотеза, что конденсин действует сходным образом подтверждена недавним сообщением, показавшим, что у почкующихся дрожжей condensin соединяется с хроматином с помощью топологического обхвата и электростатических взаимодействий с нитью ДНК [60]. Это подтверждает, что condensin первым соединяется с хроматином посредством электростатических взаимодействий и затем улавливает разные сегменты ДНК, стобы стабилизировать хроматиновую петлю (Figure 2a). Обширное образование мостиков в одиночной нити хроматина д. создавать своеобразную структурную жесткость, наблюдаемую с митотических хромосомах. Это д. осуществляться или посредством стабилизации петель на оси митотической хромосомы метазоа или посредством более общего механизма хромосомного поперечного связывания [33,62].
Figure 2. Hypothetical models of the molecular action of condensin on chromatin templates. (a) DNA loop stabilization. Structural maintenance of chromosomes (SMC) complexes appear to operate by bridging distinct segments of DNA: if condensin (blue ring) were to bridge two distant segments on the same DNA strand by topological entrapment of the two segments, this would stabilize a loop of DNA fiber. Extensive stabilization of loops along a chromosome axis would lead to intrachromosomal compaction and ordering. However, this mode of action would not introduce local supercoiling changes in the DNA fiber, an activity that has been linked to the condensin complex. (b) DNA positive writhe stabilization. This model takes into account the DNA overwinding activity of condensin by postulating that condensin bridging occurs in the context of a distinct intrachromosomal topology. Specificity of condensin binding for a DNA crossing combined with topological entrapment of one of the DNA segments with a topology consistent with a positive crossing would stabilize a loop of positive writhe in the DNA fiber. Similar to the DNA loop stabilization model, stabilizing loops along the chromosome axis would lead to intrachromosomal compaction and ordering. We note that both the 'DNA loop stabilization' and 'DNA positive writhe stabilization' models are premised on a structural role for condensin in chromosomes. (c) Condensin-dependent DNA overwinding. The canonical condensin I complex is highly dynamic in its chromosomal association, suggesting an enzymatic rather than structural function. In this model, overwinding of DNA (also referred to as positive supercoiling), a product of the stabilization of positive writhe, would be the driving force to provide the ordering and structural integrity of mitotic chromosomes. We note that here that the extent of stable looping of DNA would be dictated by an equilibrium between positive supercoiling [mediated by condensin and topoisomerases (depicted as a green circle)] and relaxation (mediated by topoisomerases).
Существуют трудности с моделью базовых петель. Центральная функция condensin заключается в том, что он должен действовать только внутри хромосом. Любые межхромосомные мостики д. затруднять правильность расхождения хромосом. В модели базовых петель отсутствует механизм, предупреждения образования мостиков между хромосомами в тесноте митотического ядра. Эта проблема усложняется находкой, что канонический condensin I комплекс оказался неожиданно динамичным в отношении ассоциации с хромосомами [19,26,27]. Кроме того, модель базовых петель не объясняет положительной активности по сверхзакручиванию очищенных конденсиновых комплексов.
Как было предположено ранее [63], активность по суперспирализации конденсина может быть включена в модель стабилизации петель (Figure 2b). По этому сценарию condensin д. стабилизировать позитивный перекрест (crossover), возникающий в основании свернутой в кольцо петли ДНК. Эта модель требует, чтобы конденсиновый комплекс специфически способствовал и стабилизировал позитивные перекресты в ДНК за счет комбинации электростатического взаимодействия и топологического охвата одной из нитей ДНК (Figure 2b). Топологическая специфичность действия condensin в отношении позитивно сворачиваемой в кольца ДНК д. минимизировать образование любых мостиков между хромосомами и д. продуцировать сходную структурную жесткость, которая предсказывается моделью простой стабилизации петель. Стоихометрическая активность condensin in vitro по суперзакручиванию подтверждает этот механизм [48].
Обе эти модели базируются на структурной роли конденсина для конденсации митотических хромосом. Однако в последнюю декаду генетическое устранение condensin у разных организмов показало, что роли condensin в конденсации, в приобретении жесткости хромосомами и в целостности хромосом не столь тесно связана с предсказываемой только структурной ролью condensin.
The consequences of depleting condensin
In vivo исследования на Drosophila melanogaster и модельных системах позвоночных показали, что образование индивидуальных масс хроматина с определенной степенью компактности всё ещё происходят в клетках, истощенных по condensin [57-59]. В принципе отличие системы бесклеточных экстрактов Xenopus , где condensin абсолютно необходим для конденсации, может быть связано с варьирующей степенью истощения condensin [64]. Недавно оценены в точности количества condensin на истощенных хромосомах в DT40 системе с уровнями condensin сниженными приблизительно до 5% от уровней дикого типа [65]
Этот уровень истощения генерирует сестринские хроматиды, которые кажутся упорядоченными, но лишены структурной жесткости и полного превращения в хромосомы дикого типа. Возможными объяснениями этой загадки может быть или то, что существует отдельный путь для конденсации в этих системах, который частично дополняет действие, или что роль condensin действительно является прежде всего энзиматической и нечто, исключающее полное истощение, позволяет малым количествам энзима обеспечивать цитологическое упорядочение хромосом, но не активность, необходимую для полного образования хромосом или жесткой хромосомной структуры.
Возможность, что condensin действует энзиматически скорее, чем структурно, ведет к третьей гипотезе действия condensin. В этой модели вводится хромосомное позитивная суперспирализация, которая управляет становлением хромосом и создает структурную целостность митотических хромосом. Позитивное скручивание (writhe), обеспечиваемое зависимой от condensin активностью суперспирализации, д. создавать соленоидную структуру хроматина, которая д. стать основой архитектуры митотических хромосом [2,52,63]. При структурной интерпретации действия condensin (Figure 2b), постоянное присутствие скручиваний (writhe) д., по-видимому, зависеть от стабильной ассоциации condensin, поскольку клеточные топоизомеразы, как полагают, быстро расслабляют нестабилизированные позитивные суперспирали; поэтому необходима постоянная связь condensin с хромосомами. Этот сценарий д.б. аналогичным негативным закручиваниям (writhe), вносимыми, когда ДНК оборачивается леворучным способом вокруг нуклеосом. Однако , если мы рассмотрим образование позитивных суперспиралей, как продолжение активности, генерируемой с помощью комбинированного действия динамичных конденсиновых комплексов, и ассоциированной topoisomerase, тогда степень точности закручиваний (writhe) должна будет предопределяться за счет равновесия между condensin-зависимым позитивным суперскручиванием и зависимым от topoisomerase расслаблением позитивных суперспиралей (Figure 2c). Если локальная активность condensin-позитивной суперспирализации высока по сравнению с реляксацией с помощью topoisomerase, тогда локальный хроматин будет становиться сильно позитивно суперскрученным. Любое, что усиливает 'on' активность condensin, напр., фосфорилирование с помощью aurora kinase, будет приводить к увеличению степени локального позитивного суперскручивания. Напротив, любое, что снижает активность topoisomerase по реляксации д. приводить к усилению позитивной суперспирализации. Эта модель предполагает, что описываемая сегодня стохастическая природа реакции
in vitro суперспирализации не полностью отражает её эффективность её
in vivo[48]. Однако мы не чувствуем, что это нереальное предположение.
Can supercoiling drive chromosome resolution and change the structural properties of mitotic chromosomes?
Становление хромосом нуждается, чтобы все типы межхромосомных связей или обусловленных ДНК или белками, были элиминированы. Связи между хроматидами в принципе появляются или из-за ДНК катенан (catenanes) или белковоподобной слипчивости, которые устраняются с помощью отсоединения (decatenation) topoisomerase II и дестабилизации когезиновго кольца, соотв. Специфическая внутрихромосомная компактизация д. создавать движущие силы для полного устранения межхроматидных связей, поскольку они продиводействуют процессу компактизации. Теоретически это может быть достигнуто посредством как обширных поперечных связей в ДНК [33] , так и за счет обеспечиваемой суперскручиванием компактизации ДНК [2,66]. У прокариот, обеспечиваемая суперспирализацией компактизация, как было установлено, способствует разъединению взаимосвязанных плазмид с помощью типа II topoisomerase [67]. Важным аспектом этого механизма является то, что он использует силу гидролиза АТФ, действуя внутрихромосомно, чтобы управлять реакцией устранения межхромосомных связей до тех пор, пока не будет достигнута точка равновесия в отсутствие упаковки. При таком способе устранение всех межхромосомных связей гарантировано. Если активность суперспирализации (обеспечиваемая condensin) полностью истощалась, то некоторое становление всё ещё происходило благодаря частичному упорядочению, но активность, необходимая для полного становления хромосом, не достигалась.
Высокие уровни активности condensin необходимы не только для воздействия на структурную целостность хромосом, но и также хромосомам, чтобы они проявляли разные эластические свойства, напоминающие пружины [57,68-70]. Потенциальная роль структурного condensin в обеспечении пружино-подобного поведения недавно обсуждалась в др. работе [70]. Здесь мы сконцентрируемся на предположении, что суперспирализация сама по себе может вести к этим свойствам. Давно существует идея, что избыточное и необузданное суперскручивание вносит вклад в компактизацию хромосом [14]. В соответствии с хромосомными свойствами, базирующимися на топологии ДНК, обработка нуклеазой митотических хромосом быстро нарушает их эластические свойства [71]. Один подход к моделированию, как сматывание изменяет структуру хромосом, это наматывание хромосомного соленоида в винтовую пружину (Figure 3). Винтовая пружина обладает отличительными физическими свойствами, которые варьируют с частотой (или подачей) и диаметром катушки (Figure 3). Изменчивость в величине генерации и реляксации суперскручивания д. поэтому приводить к разным изменениям в форме и механических свойствах хромосом, как показано в уравнении, которое управляет поведением винтовой пружины [72]. В этой модели увеличение намотки д. приводить или к укорочению или удлинению хромосом, поскольку длина зависит от величины подачи в катушке (Figure 3). Этот потенциал намотки, вносящий драматически отличающиеся протяженности продольной компактизации, имеет несколько параллелей с недавно описанной компактизацией реплицированных хромосом
Xenopus с разными соотношениями комплексов condensin I и II [35]. В этом исследовании длинные тонкие хромосомы формировались, когда присутствовал избыток динамичного condensin I по сравнению со статическим condensin II, но формировались короткие и толстые хромосомы при эквимолярных количествах обоих комплексов. В настоящее время мы может только предполагать, как разные популяции конденсиновых комплексов могут комбинироваться с др. хромосомными факторами, чтобы модифицировать подачу (pitch) и накручивание хромосомной 'спирали'. При соответствующем ходе событий способность генерировать конденсированные хромосомы с разными характеристиками плотности [35], связанная с непосредственным анализом физических свойств этих хромосом [62], сможет предоставить очень необходимые данные, которые при сравнении с теоретическими моделями покажут, как condensin обеспечивает структурную целостность хромосом.
Figure 3. Effects of condensin-dependent coiling on chromosome structure. The structural properties of chromosomes could be achieved by balancing of condensin-dependent overwinding and topoisomerase relaxation. Overwinding of the unstructured DNA fiber (a) will promote a global positive writhe of the DNA, exhibited as solenoidal coils of the chromatin fiber, making the structure of the chromosome reminiscent of a spring coil (b). The stiffness and elasticity of the spring coil structure will be regulated by the frequency and diameter of the coils. How coiling changes both the shape and structural properties of the chromosome depends on the distance between adjacent coils (i.e. the pitch of the coil as well as the number of coils introduced). Increasing coiling in the context of constant pitch or (increasing pitch) will lead to a relatively long chromatin fiber (c), whereas decreasing pitch either in the context of increasing coiling (d) or without an increase in coiling will lead to a much shorter chromatin fiber. How changing the parameters of diameter, pitch and length of the coil changes its structural characteristics can be predicted from the open coiled spring equations [72]. The 10-nm DNA fiber is an equal length in all cartoons. The equal-length alternating green and red segments are to aid the discrimination of the different crossings that take place in each coil.
The role of topoisomerases in chromosome condensation
Эта модель предсказывает важную роль топоизомераз в митотической архитектуре, но, в отличие от предыдущих моделей, она предполагает, что топоизомеразы противодействуют энзиматической активности condensin путем реляксации condensin-зависимой суперспирализации. Однако предсказываемые последствия вариации активности топоизомеразы на структуру хромосом сложны. Во-первых, топоизомеразы действуют по обеим сторонам равновесия; т.е. изомеразы необходимы не только для condensin, чтобы вызывать суперспирализацию ДНК, но и также для последующей реляксации суперспиралей. Учитывая, что существуют несколько эукариотических топоизомераз с разными относительными активностями против позитивных и негативных суперспиралей, то описание природы этого равновесия в деталях не является тривиальным. Во-вторых, как описано выше, topoisomerase II обладает важной функцией для разъединения перевитых хромосом помимо её роли в реляксации сверхспирали. Если topoisomerase II не может удалять эти связи, то дальнейшая condensin-обеспечиваемая конденсация будет затруднена. Это д. согласовываться с тем, что topoisomerase II необходима для распаковки и разборки хроматина спермиев, но не для поддержания конденсированной структуры, в отличее от condensin, который необходим для обоих [6,7].
Недавнее исследование на почкующихся дрожжах предоставило прямые доказательства, что изменения в балансе между активностями condensin и topoisomerase изменяют уровень суперспирализации, наблюдаемый в митотических ДНК [66]. В присутствии нормальных уровней topoisomerase II, небольшое увеличение позитивной суперспирилизации реплицированных, но разъединенных плазмид наблюдается во время митозов. Однако, если topoisomerase II истощалась после разъединения, но перед вступлением в анафазу, то эти плазмиды становились сильно позитивно суперскручены. Такая in vivo позитивная суперспирализация зависела от condensin [66]. Это указывает на то, что topoisomerase II расслабляет суперскручивание, обеспечиваемое активностью condensin, и, следовательно, противодействует функции condensin по становлению хромосом. По этому сценарию topoisomerase II должно быть необходима в течение всего митоза и д. ограничивать действие condensin и способствовать возвращению нитей ДНК в их интерфазную топологию после прекращения активности condensin. Отметим, что такие эксперименты не исключают возможность, что др. топоизомеразы также играют роль в реляксации митотических суперспиралей. Некоторое перекрывание между топоизомеразами в реакции реляксации д. объяснить, почему пружино-подобное поведение хромосом сохраняется, когда удаляется topoisomerase II [68].
Эта модель дает исчерпывающее объяснение, почему концентрация topoisomerase II вдоль хромосомной оси зависит от действия condensin в отсутствие непосредственного взаимодействия. Topoisomerase II д. расслаблять нить ДНК, которая была суперспирализована вследствие активности condensin, повышая относительную 'on' величину фермента на нити ДНК.
Concluding remarks and future perspectives
Establishing how interphase chromatin folds into well-structured mitotic chromosomes remains an enigmatic issue in cell biology. Here, we propose a new model to help explain how mitotic chromosomes are formed. This hypothesis is based on the observed biochemical activities of condensin and topoisomerase II on naked DNA, namely the generation and relaxation, respectively, of supercoiling. We envisage that these activities need to be tightly regulated by cell cycle control and coupled to other mitotic processes, such as the attenuation of transcription.
However, to understand fully how mitotic chromosomes are assembled mechanistically, we also need to consider the contribution of factors other than condensin and topoisomerase II. One example of this is the role of cohesin in forming mitotic chromosomes. Recent work has shown that cohesin contributes to chromosome shape by preventing condensin II binding, as well as collaborating with condensin I in providing chromosome rigidity [35]. In addition, the presence of sister-chromatid intertwining in mitosis seems to depend on cohesin [73], demonstrating the further potential for cohesin complexes to antagonize intrachromatid compaction in metaphase chromosomes (perhaps limiting chromatid overcompaction). An important challenge will be to understand the intricate balance between proteinaceous bridging complexes, such as condensin and cohesin, and the DNA topologies that these complexes both promote and resolve on mitotic chromosomes.
Сайт создан в системе
uCoz