Митоз в клетках саламандры (Flemming, 1882)

Молекулярные механизмы когезии, конденсации и сегрегации хромосом в митозе и мейозе

1. Структура центромеры и кинетохора.

2. Механизмы когезии и конденсации хромосом. Когезин и конденсин.

3. Разделение хромосом при делении клетки.

4. Контроль разделения хромосом.

cohesion

condensation

decondensation

Клеточный цикл

segregation

Mitosis

1. Конденсация хромосом - конденсин:

-в основном - в митозе

2. Когезия хромосом - когезин:

-связывание в G1-фазе

-диссоциация в ходе митоза

Центромера - основной сайт когезии и место прикрепления микротрубочек

Структура хромосомы: центромера и кинетохор

Центромера ивнутренний кинетохор

Центральныйкинетохор

Внешнийкинетохор

Гетерохроматин

Хромосомныеплечи

-поддержание структурыцентромеры

-связь внутреннегои внешнего кинетохора

-контакт с МТ-контроль деления

-прицентромерная когезия

-связь с перифери-ческими МТ -когезия

Центромера дрожжей

Когезия Движениек полюсу

Сse4 (CENP-A)вариант Н3

Сbf1, Cbf3 - сиквенс-специфическоесвязывание

CENP-C

1. ДНК центромер обогащена повторами

2. Все активные центромеры содержат CENP-A

3. Гетерохроматиновая организация ДНК (метилирование и гипоацетилирование гистонов)

4. Эпигенетические механизмы поддержания центромеры:

- последовательности центромеры неконсервативны

- последовательности центромерной ДНК индуцируют образование гетерохроматина, но не центромеры

- неоцентромеры: обычно в эухроматине

C C CCCCC

NDC80

NDC80

HP1

Эпигенетическая центромера1. Гистон CENP-A

В установлении и поддержании структуры центромеры участвует система РНК-интерференции (привлечение HMT и HP1)

H3 H4

H2AH2B

A H4

H2A H2B

A H4

H2A H2B

A H4

H2A H2B

AH4

H2AH2B

A H4

H2A H2B

AH4

H2AH2B

AH4

H2AH2B

AH4

H2AH2B

H3 H4

H2AH2B

H3 H4

H2AH2B

H3H4

H2AH2B

H3H4

H2AH2B

H3H4

H2AH2B

HP1

HMT

M M

M M

INC

EN

P

Au

rora

INC

EN

P

Au

rora

INC

EN

P

Au

rora

P

P

Внешний кинетохор

Внешний кинетохор

6. Белки внешнего кинетохора

5. Chromosome passenger proteins:

AuroraB (киназа), INCENP

4. Когезин

(НР1, CENP-С, NDC80)

3. Белки внутреннего и центрального кинетохора:

CENP-C, NDC80

2. Белки гетерохроматина:

НМТ, HP1C

ohes

in

Coh

esin

Coh

esin

Coh

esin

Dam1, Ctf19 – у S. cerevisiae, у остальных пока не найдены

Ndc80 – у всех эукариот, взаимодействует: - с белками внутреннего кинетохора - с когезином

Прикрепление микротрубочек к кинетохору

Роль Dam1-комплекса в связывании кинетохора с МТ

Веретено деления

Образование метафазной пластинки:

1. Присоединение МТ к кинетохору - движение к полюсам

2. Присоединение МТ к плечам хромосомы - движение к центру

Белковые моторы в составе кинетохора

1. Цитоплазматический динеин:движение к минус-концу МТ

2. CENP-E - кинезин: закрепление кинетохора,движение к плюс-концу

3. Kin1 - кинезин: разборка МТ

4. Хромокинезин: движение к плюс-концу, плечи хромосомы

SMC - structural maintainance of chromosomes

Структура когезина и когезина. SMC-белки

Возможный механизм когезии

Когезин образует кольцо?

Клейсин (kleisine) - субъединица, замыкающая кольцо

Посадка когезина на хромосому и установление когезии1. Происходит в G1-фазе, до начала репликации

2. Основные сайты (CAR - cohesin associated regions): -дрожжи: центромера, А-Т богатые, интергенные участки (каждые 10 kb) -человек: центромера, Alu-повторы

3. Посадка когезина вне центромеры происходит при участии дополнительных белковых комплексов (Scc2/4, ремоделирование хроматина и др.)

В репликации участков, содержащих когезин, возможно, принимает участие специальный репликативный комплекс:

-PCNA («clamp»)

-вариант RF-C («clamp loader»)

-Сtf7 – взаимодействует с RF-C, PCNA, нужен для когезии

-специальная ДНК- полимераза?

Механизм работы конденсина

Механизмы конденсации хромосом с участием конденсина

Взаимосвязь когезии и конденсации

G2

M

cdk1-cyclinB

Дрожжи: конденсация происходит без диссоциации когезина

Многоклеточные: 95% когезина диссоциирует в профазе (разделение хроматид)

cdk1 - cyclin dependent kinasecyclin B - митоз-специфический циклин

PLK

PLK - polo-like kinase

Когезин в районе центромеры защищен белком Shugoshin

Секьюрин:•ингибитор сепаразы, экранирует активный центр фермента

•необходим для правильной локализации и активации сепаразы

Сепараза:•цистеиновая протеаза, 180-250 кДа, родственна каспазам и гемоглобиназам

•расщепляет Scc1-субъединицу когезина

•содержит домен, гомологичный бактериальным HetF-протеазам

APC (anaphase promoting complex):

•убиквитин-лигаза

•необходима для инициации анафазы, участвует в деградации секьюрина

Механизм разделения хромосом

Роль АРС в разделении хромосом

1 - активация сепаразы деградация секьюрина2 - инактивация cdk1-cycB деградация циклина Б3 - инактивация МТ-моторов (X-kid)

4 - расщепление shugoshin (?)

Регуляция активности АРС в клеточном цикле

Субстраты АРС-Cdc20:

•cyclin B (переход к анафазе)

•securin (разделение хромосом)

•моторы веретена деления

Spindle checkpoint

Контроль разделения хромосом

•Для остановки клеточного цикла в метафазе достаточно наличия одного неправильно присоединенного кинетохора

•Система контроля реагирует и на присоединение МТ, и на наличие напряжения между кинетохорами

Контроль осуществляется в два этапа:

1) установление биполярного присоединения МТ - Aurora B-киназа (контроль на наличие напряжения).

2) проверка состояния кинетохора МТ - spindle checkpoint.

Генерация сигнала на неприсоединенном кинетохоре - spindle checkpoint

•На кинетохоре образуется MCC (mitotic checkpoint complex):

-Сdc20 -Mad2/BubR1/Bub3-для образования МСС необходимы также Mad1, Bub1, Bub2, Mps1 и др.

•Система “чувствует” и присоединение МТ, и напряжение между кинетохорами

•В генерации сигнала участвуют белки кинетохора (NDC80, Aurora B) и МТ-моторы (CENP-Е)

Когда все хорошо

Разделение хромосом в мейозе

Мейоз-специфические изоформы когезина:

-Rec8 вместо Scc1 (субстрат сепаразы)-Smc1 вместо Smc1-Вариант Scc3

Два деления мейоза

Множественные функции SMC-белков

1. Поддержание структуры хромосомы: когезия и конденсация

2. Поддержание структуры гетерохроматина (сайленсинг локусов спаривания, S.pombe)

3. Дозовая компенсация (C. elegans)

4. Участие в регуляции клеточного цикла (DNA-damage chekpoint) (и когезин, и конденсин)

5. Рекомбинационная репарация (двунитевые разрывы):

RC-1: SMC1, SMC3, pol , ДНК-лигаза, эндонуклеаза

SMC5/SMC6, когезин

6. регуляция экспрессии генов.

7. Защитная роль: взаимодействие с повторами и предотвращение неравной рекомбинации

Структуры и функции бактериальной РНК-полимеразы

Лаборатория молекулярной генетики микроорганизмов

Институт молекулярной генетики

Основные направления исследований

1. Механизмы инициации.

2. Регуляция элонгации.

3. Структура активного центра.

4. Конформационная подвижность РНКП.

5. Сравнение РНКП термофилов и мезофилов, механизмы термоадаптации.