Cohesina

A cohesina é un complexo proteico que regula a separación das cromátides irmás durante a división celular, xa sexa mitose ou meiose.

Ver tamén Dominio de cohesina, un dominio proteico.

Complexo de cohesina composto de proteínas SCC1 e SMC1.[1]
Proteína da cohesión de cromátides irmás 1
Identificadores
Símbolo	MCD1
Símbolos alt.	PDS3, RHC21, SCC1
Entrez	851561
PDB	1W1W
UniProt	Q12158
Outros datos

Cohesina
Identificadores
Símbolo	IRR1
Símbolos alt.	SCC3
Entrez	854786
UniProt	P40541
Outros datos

Cohesina
Identificadores
Símbolo	SMC1
Símbolos alt.	CHL10
Entrez	850540
PDB	1W1W
UniProt	P32908
Outros datos

Cohesina
Identificadores
Símbolo	SMC3
Símbolos alt.	J1049
Entrez	853371
UniProt	P47037
Outros datos

Estrutura

En todos os casos onde se illaron complexos de cohesina ata agora, identificáronse catro subunidades centrais. A topoloxía e estrutura destas subunidades foi caracterizada no lévedo de xemación (Haering et al. 2002, 2004), pero a conservación de secuencia destas proteínas e as observacións bioquímicas e de microscopia electrónica indican que os complexos de cohesina noutras especies son moi similares en estrutura, . A cohesina está constituída por catro subunidades, Scc1, Scc3, Smc1 e Smc3. As subunidades Smc1 e Smc3 son membros da familia de proteínas de mantemento estrutural dos cromosomas ou SMC (Structural Maintenance of Chromosomes). As proteínas SMC teñen dúas características estruturais principais: un dominio de "cabeza" de tipo casete de unión ao ATP con actividade ATPase (formado pola interacción dos extremos N- e C-terminais) e un dominio "bisagra" que permite a dimerización das SMCs. Os dominios de cabeza e bisagra están conectados por medio de hélices superenroladas antiparalelas longas. O dímero aparece con forma de V, conectado polas bisagras. Despois da unión do ATP, os dous dominios de cabeza do dímero únense entre si, formando unha estrutura en anel. A hidrólise do ATP pode desencadear a apertura e o peche do anel.^[2]

As subunidades Scc1 e Scc3 únense aos dominios ATPase da Smc1 e Smc3 estabilizando a estrutura do anel. A Scc1 é membro da familia da proteína kleisina e controla a separación das cromátides irmás. Os extremos amino (N) e carboxi (C) terminais da Scc1 únense a Smc1 e Smc3. Unha vez que Scc1 se une ás proteínas SMC, a Scc3 pode tamén asociarse uníndose á rexión C-terminal de Scc1. Cando Scc1 se une tanto a Smc1 coma a Smc3, o compleo cohesina forma unha estrutura en anel pechado. Cando se une a só unha das proteínas SMC, o complexo forma un anel aberto.^[3] Porén, máis recentemente, viuse que os aneis de cohesina se dimerizan, e forman dous aneis mantidos xuntos pola unidade Scc3 con forma de esposas, cunha febra do ADN en cada anel de cohesina.^[4]

Función

O anel de cohesina ten moitas funcións:

1. Utilízase para manter conectadas as cromátides irmás durante a metafase, asegurando que durante a mitose (e meiose II), cada cromátide irmá segrega a polos opostos. Sen cohesina, a célula sería incapaz de controlar a segregación das cromátides irmás xa que non habería maneira de asegurar que as fibras do fuso unidas a cada cromátide irmá proceden de diferente polo.

2. Facilita a unión do fuso aos cromosomas.

3. Facilita a reparación do ADN por recombinación.

4. Recentemente, descubríronse moitas funcións novas das cohesinas en moitos procesos celulares. A cohesina participa na regulación da transcrición, reparación de roturas de dobre febra do ADN, condensación dos cromosomas, apareamento de cromosomas homólogos durante a meiose I, mono-orientación de cinetocoros irmáns durante a meiose I, acoplamento de centrómeros non homólogos, arquitectura e rearranxo cromosómico, replicación do ADN etc.^[5]

Disociación da cohesión das cromátides irmás

O complexo promotor da anafase asociado a Cdc20 (APC/C-cdc20) cliva a securina (inhibidor da anafase), que mantén as cromátides irmás unidas. A clivaxe da securina na anafase rende separase (un encima protease, que estaba inhibido pola asociación coa securina), que á súa vez cliva a subunidade kleisina. Esta kleisina asociada co complexo cohesina é unha alfa-kleisina, que une a SMC 3 e SMC 1 entre si, e esta kleisina é distinta na mitose e meiose (Scc1 e Rec8, respectivamente), e a súa clivaxe finalmente dá lugar á retirada da cohesina dos cromosomas.^[6]

A disociación da cohesión das cromátides irmás define o comezo da anafase, o cal permite a distribución de dous conxuntos idénticos de cromosomas en cada polo da célula (na telofase). Despois, as dúas células fillas sepáranse, e comeza de novo unha nova rolda do ciclo celular en cada unha delas, no estadio G0. Cando as células están listas para dividirse, xa que teñen un tamaño grande dabondo ou porque reciben os impulsos adecuados,^[7] activan o mecanismo para entrar no estadio G1 do ciclo celular, e duplican a maioría dos seus orgánulos durante a fase S (de síntese do ADN), incluíndo os seus centrosomas. Por tanto, cando a división celular remata, cada célula filla recibe un conxunto completo de orgánulos. Ao mesmo tempo, durante a fase S todas as células deben duplicar o seu ADN de forma moi precisa, un proceso denominado replicación do ADN. Unha vez que acabou a replicación do ADN, nos eucariotas a molécula de ADN é compactada e condensada, para formar os cromosomas mitóticos, cada un dos cales está constituído por dúas cromátides irmás, as cales se manteñen unidas polo establecemento dunha cohesión entre elas; cada cromátide é unha molécula completa de ADN, que está unida por medio de microtúbulos a un dos centrosomas que están nos polos do fuso mitótico da célula en división. Para evitar unha separación prematura das cromátides irmás, a APC/C é mantida nun estado inactivo unida a diferentes moléculas, que son parte dun complexo mecanismo denominado punto de comprobación da ensamblaxe do fuso.

Mecanismo de acción

Non está claro como o anel de cohesión une as cromátides irmás. Hai dous posibles escenarios:

1. Únense subunidades de cohesina a cada cromátide irmá e forman unha ponte entre as dúas.
2. Como as cohesinas teñen unha estrutura en anel, poden rodear ambas as cromátides irmás.

As probas das que se dispón actualmente suxiren que o segundo escenario é o máis probable. As proteínas que son esenciais para a cohesión das cromátides irmás, como Smc3 e Scc1, non regulan a formación de enlaces covalentes entre a cohesina e o ADN, o que indica que a interacción co ADN non é suficiente para a cohesión.^[3] Ademais, se se altera a estrutura anular de cohesina pola clivaxe de Smc3 ou Scc1 iso desencadea unha segregación prematura das cromátides irmás in vivo.^[8] Isto indica que a estrutura anular é importante para a función das cohesinas.

Aínda que a hipótese do anel parece ser válida, quedan algunhas cuestións que responder sobre o número de aneis que se requiren para manter as cromátides irmás unidas. Unha posibilidade é que un anel rodee ambas as cromátides. Outra posibilidade implica a creación dun dímero no que cada anel rodea unha cromátide irmá. Os dous aneis están conectados entre si pola formación dunha ponte que une as dúas cromátides irmás, polo que o conxunto tería unha forma parecida a unhas esposas.

O complexo de cohesión establécese durante os estadios iniciais da fase S. Os complexos asócianse con cromosomas antes de que ocorra a replicación do ADN. Unha vez que a células empezan a replicar o seu ADN, os aneis de cohesina péchanse e unen as dúas cromátides irmás.^[3] Os complexos de cohesina deben estar presentes durante a fase S para que teña lugar a cohesión. Porén, non está claro como se cargan as cohesinas nos cromosomas durante a fase G1. Propuxéronse dúas hipóteses:

1. O dominio ATPase das proteínas SMC interacciona co ADN e esta interacción media inicialmente a carga dos complexos de cohesina sobre os cromosomas.
2. Varias proteínas axudan ao proceso de carga das cohesinas. Por exemplo, Scc2 e Scc4 son necesarias ambas para que se carguen as cohesinas nos lévedos de xemación.

Localización dos aneis de cohesina

A unión da cohesina ao longo do ADN cromosómico considérase que é dinámica e a súa localización cambia dependendo da transcrición xénica, secuencia de ADN específica e presenza de proteínas asociadas ao cromosoma. Hai tres posibilidades:

1. A localización das cohesinas está influenciada pola orientación de xenes veciños e está localizada máis frecuentemente en áreas de transcrición converxente. A orientación xénica depende da dirección de transcrición e pode ser de tres tipos: cabeza con cabeza, cabeza con cola, e cola con cola. A configuración cola con cola dá lugar á converxencia da maquinaria de transcrición. Unha hipótese establece que a ARN polimerase “empurra” a cohesina ao longo do ADN, causando que se se mova cara á dirección en que se move a ARN polimerase. Cambiando o patrón de transcrición dos xenes, cambia a localización da cohesina, o que indica que a localización da cohesina pode depender da transcrición.^[9]
2. Nos brazos dos cromosomas encóntranse uns poucos aneis de cohesina. Estes brazos teñen secuencias de ADN ricas en AT, o que indica que as secuencias de ADN poden ser un factor independente da unión das cohesinas.^[9]
3. Os aneis de cohesina, especialmente en lévedos de xemación, están tamén localizados na rexión que rodea o centrómero.^[9] Hai dúas hipóteses que poden explicar isto: a presenza de ADN heterocromático repetitivo en centrómeros e a presenza de proteínas asociadas aos cromosomas. Por exemplo, o lévedo Schizosaccharomyces pombe ten moitas copias de ADN heterocromático específico cuxa implicación na unión de cohesión foi probada. Os lévedos de xemación carecen de secuencia repetitivas e, por tanto, requiren un mecanismo diferente para a unión de cohesión. As probas suxiren que a unión das cohesinas á rexión do centrómero dos lévedos de xemación depende de proteínas asociadas a cromosomas do cinetocoro que median a asociación de cohesión a rexións pericéntricas (o cinetocoro sería un amplificador ou potenciador da unión de cohesinas pericéntrica).^[10]

Evolución

A estrutura e función das cohesinas foi conservada na evolución. As proteínas SMC encóntranse nos procariotas e foi conservada no decurso da evolución. As hélices superenroladas da SMC1 e SMC3 están conservadas cunha diverxencia de aminoácidos de menos do 0,5%.^[11]

Nome	Saccharomyces cerevisiae	Schizosaccharomyces pombe	Drosophila	Vertebrados
Smc1	Smc1	Psm1	DmSmc1	Smc1
Smc3	Smc3	Psm3	DmSmc3	Smc3
Scc1	Mcd1/Pds3	Rad21	DmRad21	Rad21
Scc3	Scc3	Psc3	DmSA	SA1 e SA2

Importancia clínica

O termo "cohesinopatía" utilízase para describir condicións que afectan ao complexo da cohesina.^[12][13][14]

Entre estas condicións están:

• Síndrome de Cornelia de Lange
• Síndrome de Roberts
• Síndrome de rotura de Varsovia (relacionado co xene DDX11)
• Moitos tipos de tumores malignos.

Notas

1. PDB 1W1W; Haering CH, Schoffnegger D, Nishino T, Helmhart W, Nasmyth K, Löwe J (September 2004). "Structure and stability of cohesin's Smc1-kleisin interaction". Mol. Cell 15 (6): 951–64. PMID 15383284. doi:10.1016/j.molcel.2004.08.030.
2. Morgan DL (2007). The cell cycle: principles of control. London: Published by New Science Press in association with Oxford University Press. ISBN 0-87893-508-8.
3. Gruber S, Haering CH, Nasmyth K (March 2003). "Chromosomal cohesin forms a ring". Cell 112 (6): 765–77. PMID 12654244. doi:10.1016/S0092-8674(03)00162-4.
4. Zhang N, Kuznetsov SG, Sharan SK, Li K, Rao PH, Pati D (December 2008). "A handcuff model for the cohesin complex". J. Cell Biol. 183 (6): 1019–31. PMC 2600748. PMID 19075111. doi:10.1083/jcb.200801157.
5. Mehta G, Kumar R, Srivastava S, Ghosh SK (July 2013). "Cohesin: Functions beyond sister chromatid cohesion". FEBS Letters. doi:10.1016/j.febslet.2013.06.035. PMID 23831059
6. Mehta GD, Rizvi SM, Ghosh SK (August 2012). "Cohesin: a guardian of genome integrity". Biochim. Biophys. Acta 1823 (8): 1324–42. doi:10.1016/j.bbamcr.2012.05.027. PMID 22677545
7. Conlon I, Raff M (January 1999). "Size control in animal development". Cell 96 (2): 235–44. PMID 9988218. doi:10.1016/S0092-8674(00)80563-2.
8. Peters JM, Tedeschi A, Schmitz J (November 2008). "The cohesin complex and its roles in chromosome biology". Genes Dev. 22 (22): 3089–114. PMID 19056890. doi:10.1101/gad.1724308.
9. Ross KE, Cohen-Fix O (July 2004). "Molecular biology: cohesins slip sliding away". Nature 430 (6999): 520–1. PMID 15282594. doi:10.1038/430520b.
10. Weber SA, Gerton JL, Polancic JE, DeRisi JL, Koshland D, Megee PC (September 2004). "The Kinetochore Is an Enhancer of Pericentric Cohesin Binding". PLoS Biol. 2 (9): E260. PMC 490027. PMID 15309047. doi:10.1371/journal.pbio.0020260.
11. White GE, Erickson HP (2009). "The Coiled Coils of Cohesin Are Conserved in Animals, but Not In Yeast". PLoS ONE 4 (3): e4674. PMC 2650401. PMID 19262687. doi:10.1371/journal.pone.0004674.
12. Gard S, Light W, Xiong B; et al. (November 2009). "Cohesinopathy mutations disrupt the subnuclear organization of chromatin". J. Cell Biol. 187 (4): 455–62. PMC 2779225. PMID 19948494. doi:10.1083/jcb.200906075.
13. van der Lelij P, Chrzanowska KH, Godthelp BC; et al. (February 2010). "Warsaw Breakage Syndrome, a Cohesinopathy Associated with Mutations in the XPD Helicase Family Member DDX11/ChlR1". Am. J. Hum. Genet. 86 (2): 262–6. PMC 2820174. PMID 20137776. doi:10.1016/j.ajhg.2010.01.008.
14. van der Lelij P, Godthelp BC, van Zon W; et al. (2009). Warburton, Peter E., ed. "The Cellular Phenotype of Roberts Syndrome Fibroblasts as Revealed by Ectopic Expression of ESCO2". PLoS ONE 4 (9): e6936. PMC 2734174. PMID 19738907. doi:10.1371/journal.pone.0006936.

Véxase tamén

Outros artigos

• Condensina
• Proteína SMC

Bibliografía

• Mehta GD, Rizvi SM, Ghosh SK (August 2012). "Cohesin: a guardian of genome integrity". Biochim. Biophys. Acta 1823 (8): 1324–42. PMID 22677545. doi:10.1016/j.bbamcr.2012.05.027.
• Mehta G, Kumar R, Srivastava S, Ghosh SK (July 2013). "Cohesin: Functions beyond sister chromatid cohesion". FEBS Letters 587 (15): 2299–312. PMID 23831059. doi:10.1016/j.febslet.2013.06.035.
• Michaelis C, Ciosk R, Nasmyth K (October 1997). "Cohesins: chromosomal proteins that prevent premature separation of sister chromatids". Cell 91 (1): 35–45. PMID 9335333. doi:10.1016/S0092-8674(01)80007-6.
• Guacci V, Koshland D, Strunnikov A (October 1997). "A Direct Link between Sister Chromatid Cohesion and Chromosome Condensation Revealed through the Analysis of MCD1 in S. cerevisiae". Cell 91 (1): 47–57. PMC 2670185. PMID 9335334. doi:10.1016/S0092-8674(01)80008-8.
• Tóth A, Ciosk R, Uhlmann F, Galova M, Schleiffer A, Nasmyth K (February 1999). "Yeast Cohesin complex requires a conserved protein, Eco1p(Ctf7), to establish cohesion between sister chromatids during DNA replication". Genes Dev. 13 (3): 320–33. PMC 316435. PMID 9990856. doi:10.1101/gad.13.3.320.
• Uhlmann F, Lottspeich F, Nasmyth K (July 1999). "Sister-chromatid separation at anaphase onset is promoted by cleavage of the cohesin subunit Scc1". Nature 400 (6739): 37–42. PMID 10403247. doi:10.1038/21831.

Ligazóns externas

• cohesin Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.