Συνεκτίνη

Η συνεκτίνη ή κοεσίνη (Cohesin) είναι ένα πρωτεϊνικό σύμπλεγμα που μεσολαβεί στη συνοχή των αδελφών χρωματίδων, στον ομόλογο ανασυνδυασμό και στον βρόχο. Η συνεκτίνη σχηματίζεται από SMC3, SMC1, SCC1 και SCC3 (SA1 ή SA2 στους ανθρώπους). Η συνεκτίνη συγκρατεί τις αδελφές χρωματίδες μαζί μετά την αντιγραφή του DNA μέχρι την ανάφαση, όταν η απομάκρυνση της συνεκτίνης οδηγεί στον διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων. Το σύμπλεγμα σχηματίζει μια δακτυλιοειδή δομή και πιστεύεται ότι οι αδελφές χρωματίδες συγκρατούνται μεταξύ τους με παγίδευση μέσα στον δακτύλιο της συνεκτίνης. Η συνεκτίνη είναι μέλος της οικογένειας πρωτεϊνικών συμπλόκων SMC η οποία περιλαμβάνει τη συμπυκνωτίνη (Condensin), την MukBEF και την SMC-ScpAB.

Η συνεκτίνη ανακαλύφθηκε ξεχωριστά σε βλαστάνοντες ζυμομύκητες (Saccharomyces cerevisiae) από τον Douglas Koshland και τον Kim Nasmyth το 1997.

 Δομή και υπομονάδες 
Η συνεκτίνη είναι ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών πολλαπλών υπομονάδων, που αποτελείται από SMC1, SMC3, RAD21 και SCC3 (SA1 ή SA2). Οι SMC1 και SMC3 είναι μέλη της οικογένειας Δομική συντήρηση χρωμοσωμάτων (Structural Maintenance of Chromosomes, SMC). Οι πρωτεΐνες SMC έχουν δύο κύρια δομικά χαρακτηριστικά: μια κασέτα σύνδεσης ATP-ως 'κεφαλή' τομέα με δραστικότητα ΑΤΡάσης (που σχηματίζεται από την αλληλεπίδραση των Ν- και C- τερματικών άκρων) και έναν τομέα άρθρωσης που επιτρέπει τον διμερισμό των SMC. Οι τομείς κεφαλής και άρθρωσης συνδέονται μεταξύ τους μέσω μακρών αντιπαράλληλων σπειροειδών σπειρών. Το διμερές υπάρχει σε μορφή V, συνδεδεμένο με τις αρθρώσεις.

Η περιοχή αμινοτελικού άκρου του RAD21 περιέχει δύο α-έλικες οι οποίες σχηματίζουν μια δέσμη τριών ελίκων με την σπειροειδή σπείρα του SMC3. Η κεντρική περιοχή του RAD21 θεωρείται ότι είναι σε μεγάλο βαθμό αδόμητη, αλλά περιέχει αρκετές θέσεις σύνδεσης για ρυθμιστές της συνεκτίνης. Αυτή περιλαμβάνει μια θέση σύνδεσης για την SA1 ή την SA2, μοτίβα αναγνώρισης για διάσπαση σεπαράσης  και μια περιοχή που συνδέεται ανταγωνιστικά με PDS5A, PDS5B ή NIPBL. Η C-τελική περιοχή του RAD21 σχηματίζει μια πτερυγωτή έλικα που συνδέεται με δύο β-φύλλα στην κεφαλή του τομέα Smc1.

Μόλις η RAD21 συνδεθεί με τις πρωτεΐνες SMC, η SCC3 μπορεί επίσης να συνδεθεί με την RAD21. Όταν η RAD21 συνδεθεί τόσο με την SMC1 όσο και με την SMC3, το σύμπλεγμα συνεκτίνης σχηματίζει μια κλειστή δομή δακτυλίου. Οι διεπαφές μεταξύ των υπομονάδων SMC και της RAD21 μπορούν να ανοίξουν για να επιτρέψουν στο DNA να περάσει μέσα και έξω από τον δακτύλιο συνεκτίνης.

Μια δομή ολόκληρου του συμπλόκου συνεκτίνης έχει λυθεί χρησιμοποιώντας κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία. Τα βασικά ευρήματα από τις δομικές μελέτες περιλαμβάνουν:

 Αρχιτεκτονική Δακτυλίου. Η συνεκτίνη σχηματίζει έναν τριμερή δακτύλιο, όπου οι πρωτεΐνες SMC (SMC1 και SMC3) διμερίζονται μέσω των αρθρωτών περιοχών τους και γεφυρώνονται από RAD21.
 Περιοχή ATPάσης. Οι επικεφαλής περιοχές των πρωτεϊνών SMC περιέχουν θέσεις ATPάσης που καθοδηγούν τις δυναμικές αλληλεπιδράσεις της συνεκτίνης με το DNA, κυρίως με εξώθηση βρόχου.
 Διαμορφωτική Ευελιξία. Η συνεκτίνη είναι μια εξαιρετικά δυναμική πρωτεΐνη, η οποία υπάρχει στις ανοιχτές και κλειστές διαμορφώσεις, εναλλασσόμενες με κάμψη στους λεγόμενους αγκώνες.
 Ρυθμιστικές Αλληλεπιδράσεις. Βοηθητικές πρωτεΐνες όπως WAPL και PDS5 έχουν οπτικοποιηθεί να αλληλεπιδρούν με το σύμπλεγμα συνεκτίνης, διευκρινίζοντας τους ρόλους τους στην εκφόρτωση και σταθεροποίηση της συνεκτίνης στη χρωματίνη.

 Λειτουργία 
Οι λειτουργίες της συνεκτίνης μπορούν γενικά να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: ρόλους σε trans (μεταξύ διαφορετικών χρωμοσωμάτων λόγω συνοχής μεταξύ τους) και σε cis (εντός του ίδιου χρωμοσώματος λόγω εξώθησης βρόχου). Αν και αυτές οι δύο λειτουργίες είναι στενά συνδεδεμένες, έχει καταστεί δυνατό να διαχωριστούν δημιουργώντας μια μεταλλαγμένη άρθρωση συνεκτίνης που μπορεί να εξωθεί βρόχους, αλλά δεν μπορεί να διατηρήσει τη συνοχή.

 Ρόλος στη συμπύκνωση της χρωματίνης και στην γενική οργάνωση 

 Συμπύκνωση DNA. Η συνεκτίνη βοηθά στη συμπύκνωση του DNA δημιουργώντας τους βρόχους του DNA με τρόπο που εξαρτάται από το ATP μέσω της διαδικασίας που ονομάζεται εξώθηση βρόχου.
 Διαχωρισμός χρωμοσωμάτων. Η δράση της συνεκτίνης προάγει τον διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων σε χρωμοσωμικές περιοχές.

 Ο ρόλος στην κυτταρική διαίρεση 
Η συνεκτίνη παίζει σημαντικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση τόσο στη μίτωση όσο και στη μείωση.

 Κατά τη μίτωση:
 Διατηρεί τη συνοχή των αδελφών χρωματίδων. Η συνεκτίνη διατηρεί τις αδελφές χρωματίδες συνδεδεμένες κατά τη μετάφαση, διασφαλίζοντας ότι κάθε αδελφή χρωματίδα διαχωρίζεται σε αντίθετους πόλους κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Χωρίς συνεκτίνη, το κύτταρο δεν θα μπορούσε να ελέγξει τον διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων, καθώς δεν θα υπήρχε τρόπος να διασφαλιστεί εάν το ινίδιο ατράκτου—που συνδέεται με κάθε αδελφή χρωματίδα—προέρχεται από διαφορετικό πόλο. Άλλες πρωτεΐνες τροποποιούν τη λειτουργία της συνεκτίνης ρυθμίζοντας αυτή τη διαδικασία, όπως οι PDS5A, PDS5B, NIPBL και ESCO1 σε κύτταρα θηλαστικών.
Βοηθά στη συναρμολόγηση της διπολικής συσκευής ατράκτου. Η συνεκτίνη διασφαλίζει την προσκόλληση των μικροσωληνίσκων και των αδελφών κινητοχώρων στα χρωμοσώματα. Αυτό σχετίζεται στενά με τον σωστό διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων προς τους δύο πόλους της ατράκτου. Η δυσλειτουργία αυτής της διαδικασίας οδηγεί σε πρόωρο διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων και σχηματισμό πολυπολικής ατράκτου. Οι πρωτεΐνες Shugoshin 1 (ή SGO1), Rae1 και NuMA σχετίζονται με τη συνεκτίνη σε αυτή τη διαδικασία συναρμολόγησης.
 Κατά τη διάρκεια της μείωσης, η συνεκτίνη προσλαμβάνει επιπλέον το μειωτικό ειδικό συστατικό Rec8, το οποίο είναι απαραίτητο σε αυτές τις τρεις διεργασίες:
 Συνοχή αδελφών χρωματίδων.
 Ζευγάρωμα ομόλογων χρωμοσωμάτων.
 Ανασυνδυασμός κατά τη μείωση.

Η συνεκτίνη έχει επίσης βρεθεί ότι είναι κρίσιμη για το σημείο ελέγχου και την επιδιόρθωση βλαβών στο DNA. Συμμετέχει στην επιδιόρθωση θραύσεων της διπλής αλυσίδας του DNA μέσω ομολόγου ανασυνδυασμού, όπου η αδελφή χρωματίδα χρησιμοποιείται ως πρότυπο για την ανακατασκευή της αλληλουχίας.

 Ο ρόλος στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης 
Η συνεκτίνη μπορεί να παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω των ακόλουθων μηχανισμών:

 Η συνεκτίνη μεσολαβεί στις αλληλεπιδράσεις ενισχυτή-προαγωγέα γεφυρώνοντάς τες σε cis.
 Η συνεκτίνη συνδέει τις θέσεις CTCF σε cis αλληλεπιδρώντας με τα CTCF με έναν εξαιρετικά συγκεκριμένο και προσανατολισμένο τρόπο.
 Η συνεκτίνη δημιουργεί ρυθμιστικά τοπολογικά συσχετιζόμενους τομείς (Topologically associating domain, TAD) που είναι τα περιβάλλοντα για τις αλληλεπιδράσεις προαγωγέα-ενισχυτή.

 Άλλες λειτουργίες 

 Η συνεκτίνη έχει βρεθεί ότι είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη του εμβρύου. Η εξουδετέρωση της συνεκτίνης είναι θανατηφόρα για την ανάπτυξη των ποντικών και των ψαριών-ζεβρών.
 Η διαγραφή της συνεκτίνης στα ώριμα μακροφάγα οδηγεί σε εξασθένηση της φλεγμονώδους απόκρισης του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος και περιορίζει την μεταγραφική απόκριση των πρωτογενών μακροφάγων σε μικροβιακά σήματα.

 Εντοπισμός στο DNA 
Η σύνδεση της συνεκτίνης κατά μήκος του χρωμοσωμικού DNA θεωρείται δυναμική και η θέση της αλλάζει με βάση τη μεταγραφή των γονιδίων, την ειδική αλληλουχία DNA και την παρουσία πρωτεϊνών που σχετίζονται με τα χρωμοσώματα. Υπάρχουν αρκετές παρατηρήσεις σχετικά με τα πρότυπα εντοπισμού της συνεκτίνης στο DNA.

 Συσσώρευση σε θέσεις CTCF: Αυτό συμβαίνει λόγω της άμεσης αλληλεπίδρασης των υπομονάδων συνεκτίνης SA2 και SCC1 με το CTCF. Εν συντομία, κατά τη διαδικασία της εξώθησης βρόχου, η συνεκτίνη κινείται ενεργά κατά μήκος των δύο διπλών ελίκων του DNA, μετατοπίζοντας τη μία από αυτές σε σχέση με την άλλη. Έτσι, ο βρόχος μπορεί να γίνει μικρότερος ή μεγαλύτερος. Η διαδικασία εξώθησης βρόχου σταματά όταν η συνεκτίνη συναντήσει την αρχιτεκτονική πρωτεΐνη χρωματίνης CTCF. Η θέση CTCF πρέπει να έχει τον σωστό προσανατολισμό για να σταματήσει τη συνεκτίνη.
 Συσσώρευση στους προαγωγείς: Προτάθηκαν δύο υποθέσεις για να εξηγηθεί η συσσώρευση συνεκτίνης στους προαγωγείς γονιδίων:

 Η θέση της κοχεσίνης επηρεάζεται από τον προσανατολισμό των γειτονικών γονιδίων και εντοπίζεται συχνότερα σε περιοχές σύγκλισης μεταγραφής. Ο προσανατολισμός των γονιδίων εξαρτάται από την κατεύθυνση της μεταγραφής και μπορεί να είναι τριών τύπων: κεφαλή με κεφαλή, κεφαλή με ουρά και ουρά με ουρά. Η διαμόρφωση ουρά με ουρά έχει ως αποτέλεσμα τη σύγκλιση των μηχανισμών μεταγραφής. Μια υπόθεση αναφέρει ότι η RNA πολυμεράση σπρώχνει τη συνεκτίνη κατά μήκος του DNA, αναγκάζοντάς την να κινηθεί προς την κατεύθυνση των RNA πολυμερασών. Η αλλαγή του προτύπου μεταγραφής των γονιδίων αλλάζει τη θέση της συνεκτίνης, υποδεικνύοντας ότι ο εντοπισμός της συνεκτίνης μπορεί να εξαρτάται από τη μεταγραφή.
 Σε ένα άλλο πρότυπο, η εξώθηση του βρόχου χρωματίνης ωθείται από την υπερελικίωση που παράγεται από την μεταγραφή, διασφαλίζοντας επίσης ότι η συνεκτίνη μετατοπίζεται γρήγορα και οι βρόχοι αναπτύσσονται με λογική ταχύτητα και σε καλή κατεύθυνση. Επιπλέον, ο μηχανισμός εξώθησης βρόχου που καθοδηγείται από την υπερελικίωση είναι συνεπής με προηγούμενες εξηγήσεις που προτείνουν γιατί οι τοπολογικά συσχετιζόμενοι τομείς (topologically associating domains, TADs) που πλαισιώνονται από συγκλίνουσες θέσεις δέσμευσης CTCF σχηματίζουν πιο σταθερούς βρόχους χρωματίνης από τους TAD που πλαισιώνονται από αποκλίνουσες θέσεις δέσμευσης CTCF. Σε αυτό το πτότυπο, η υπερελικίωση διεγείρει επίσης τις επαφές του προαγωγέα του ενισχυτή και προτείνεται ότι η μεταγραφή του eRNA στέλνει το πρώτο κύμα υπερελικίωσης που μπορεί να ενεργοποιήσει την μεταγραφή του mRNA σε ένα δεδομένο TAD.

 Συσσώρευση σε αλληλουχίες πλούσιες σε AT: Οι συνεκτίνες μπορούν να βρεθούν συχνά σε βραχίονες χρωμοσωμάτων που έχουν αλληλουχίες DNA πλούσιες σε AT, γεγονός που υποδηλώνει ότι η αλληλουχία DNA μπορεί να είναι ένας ανεξάρτητος παράγοντας δέσμευσης συνεκτίνης.
 Συσσώρευση στα κεντρομερίδια: Οι δακτύλιοι συνεκτίνης, ειδικά σε εκβλαστάνοντες ζυμομύκητες, βρίσκονται επίσης στην περιοχή που περιβάλλει το κεντρομερίδιο. Δύο υποθέσεις μπορούν να εξηγήσουν αυτό: η παρουσία επαναλαμβανόμενου ετεροχρωματικού DNA σε κεντρομερίδια και η παρουσία πρωτεϊνών που σχετίζονται με τα χρωμοσώματα. Παραδείγμαος χάρη, οι Schizosaccharomyces pombe έχουν πολλαπλά αντίγραφα συγκεκριμένου ετεροχρωματικού DNA, του οποίου η εμπλοκή στη σύνδεση συνοχής έχει αποδειχθεί. Οι εκβλαστάνοντες ζυμομύκητες δεν έχουν επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες και, ως εκ τούτου, απαιτούν διαφορετικό μηχανισμό για τη σύνδεση συνοχής. Τα στοιχεία υποδηλώνουν ότι η σύνδεση της συνεκτίνης στην περιοχή κεντρομεριδίου των εκβλαστάνοντων ζυμομυκήτων εξαρτάται από τις πρωτεΐνες του κινητοχώρου που σχετίζονται με τα χρωμοσώματα και μεσολαβούν στη σύνδεση συνοχής με τις περικεντρικές περιοχές (ο κινητοχώρος είναι ένας ενισχυτής της περικεντρικής σύνδεσης της συνεκτίνης).

 Η συνεκτίνη στη συνοχή αδελφών χρωματίδων 

 Μηχανισμός συνοχής αδελφών χρωματίδων 
Δεν είναι σαφές πώς ο δακτύλιος συνεκτίνης συνδέει τις αδελφές χρωματίδες μεταξύ τους. Υπάρχουν δύο πιθανά σενάρια:

 Οι υπομονάδες συνεκτίνης συνδέονται με κάθε αδελφή χρωματίδα και σχηματίζουν μια γέφυρα μεταξύ των δύο.
 Δεδομένου ότι η συνεκτίνη έχει δακτυλιοειδή δομή, είναι σε θέση να περικυκλώσει και τις δύο αδελφές χρωματίδες.
Τα τρέχοντα στοιχεία υποδηλώνουν ότι το δεύτερο σενάριο είναι το πιο πιθανό. Οι πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για τη συνοχή των αδελφών χρωματιδίων, όπως οι Smc3 και Scc1, δεν ρυθμίζουν τον σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ της συνεκτίνης και του DNA, υποδεικνύοντας ότι η αλληλεπίδραση του DNA δεν επαρκεί για τη συνοχή. Επιπλέον, η διαταραχή της δακτυλιοειδούς δομής της συνεκτίνης μέσω της διάσπασης της Smc3 ή της Scc1 πυροδοτεί πρόωρο διαχωρισμό αδελφών χρωματιδίων in vivo. Αυτό δείχνει ότι η δομή του δακτυλίου είναι σημαντική για τη λειτουργία της συνεκτίνης.

Πρώιμες μελέτες υπέδειξαν διάφορους τρόπους με τους οποίους η συνεκτίνη μπορεί να παγιδεύσει το DNA, συμπεριλαμβανομένου ενός μονομερούς που συγκρατεί και τα δύο ομόλογα μαζί, και ενός προτύπου "χειροπέδων" όπου δύο αλληλοσυνδεόμενα σύμπλοκα συνεκτίνης συγκρατούν το καθένα από μία αδελφή χρωματίδα. Ενώ ορισμένες μελέτες υποστηρίζουν την ιδέα ενός προτύπου χειροπέδων, το πρότυπο είναι ασύμβατο με μια σειρά από πειραματικές παρατηρήσεις, και θεωρείται γενικά ότι παγιδεύει τη χρωματίνη ως μονομερές.

Παρόλο που η υπόθεση των δακτυλίων φαίνεται να είναι έγκυρη, εξακολουθούν να υπάρχουν ερωτήματα σχετικά με τον αριθμό των δακτυλίων που απαιτούνται για να συγκρατήσουν τις αδελφές χρωματίδες μαζί. Μια πιθανότητα είναι ότι ένας δακτύλιος περιβάλλει τις δύο χρωματίδες. Μια άλλη πιθανότητα περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός διμερούς όπου κάθε δακτύλιος περιβάλλει μια αδελφή χρωματίδα. Οι δύο δακτύλιοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω σχηματισμού μιας γέφυρας που συγκρατεί τις δύο αδελφές χρωματίδες μαζί.

Η τοπολογία και η δομή αυτών των υπομονάδων έχει χαρακτηριστεί καλύτερα σε βλαστάνοντες ζυμομύκητες, αλλά η διατήρηση της αλληλουχίας αυτών των πρωτεϊνών και οι βιοχημικές και ηλεκτρονικές μικροσκοπικές παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι τα σύμπλοκα συνεκτίνης σε άλλα είδη είναι πολύ παρόμοια στη δομή τους .

Το σύμπλοκο συνεκτίνης σχηματίζεται κατά τα αρχικά στάδια της φάσης σύνθεσης . Τα σύμπλοκα συνδέονται με τα χρωμοσώματα πριν από την αντιγραφή του DNA. Μόλις τα κύτταρα αρχίσουν να αντιγράφουν το DNA τους, οι δακτύλιοι συνεκτίνης κλείνουν και συνδέουν τις αδελφές χρωματίδες μεταξύ τους. Τα σύμπλοκα συνεκτίνης πρέπει να υπάρχουν κατά τη διάρκεια της φάσης σύνθεσης (φάσης S) για να λάβει χώρα η συνοχή. Δεν είναι σαφές, ωστόσο, πώς φορτώνεται η συνεκτίνη στα χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της φάσης G1. Μέχρι στιγμής, υπάρχουν δύο προτεινόμενες υποθέσεις:

 Η περιοχή ATPάσης των πρωτεϊνών SMC αλληλεπιδρά με το DNA και αυτή η αλληλεπίδραση αρχικά μεσολαβεί στη φόρτωση συμπλόκων συνεκτίνης στα χρωμοσώματα.
 Αρκετές πρωτεΐνες βοηθούν στη διαδικασία φόρτωσης. Για παράδειγμα, οι Scc2 και Scc4 είναι και οι δύο απαραίτητες για να φορτώσει η συνεκτίνη σε βλαστάνοντες ζυμομύκητες.

 Αποσύνδεση της συνοχής των αδελφών χρωματιδίων 
Το σύμπλοκο προαγωγής της ανάφασης που σχετίζεται με την Cdc20 (APC/C-cdc20) σηματοδοτεί την αποικοδόμηση της σεκουρίνης (Securin) (αναστολέας της ανάφασης) από το πρωτεάσωμα. Η σεκουρίνη διασπάται στην ανάφαση, μετά την αποικοδόμηση που προκαλείται από την APC/C-cdc20, και καθιστά την σεπαράση (μια πρωτεάση, που αναστέλλεται από τη σύνδεση με την σεκουρίνη) να διασπάσει την υπομονάδα κλεϊσίνης. Μια άλφα-κλεϊσίνη σχετίζεται με το σύμπλοκο συνεκτίνης, συνδέοντας τόσο το SMC 3 όσο και το SMC 1 μεταξύ τους, με την ακριβή κλεϊσίνη να ποικίλλει μεταξύ μίτωσης και μείωσης (Scc1 και Rec8 αντίστοιχα), και η διάσπασή της τελικά οδηγεί στην απομάκρυνση της συνεκτίνης από τα χρωμοσώματα.

Η αποσύνδεση της συνοχής των αδελφών χρωματίδων ορίζει την έναρξη της ανάφασης, η οποία δημιουργεί δύο σύνολα όμοιων χρωμοσωμάτων σε κάθε πόλο του κυττάρου (τελόφαση). Στη συνέχεια, τα δύο θυγατρικά κύτταρα διαχωρίζονται και ένας νέος γύρος του κυτταρικού κύκλου ξεκινά από την αρχή σε κάθε ένα, στο στάδιο G0. Όταν τα κύτταρα είναι έτοιμα να διαιρεθούν, επειδή το μέγεθος των κυττάρων είναι αρκετά μεγάλο, ή επειδή λαμβάνουν το κατάλληλο ερέθισμα, ενεργοποιούν τον μηχανισμό για να εισέλθουν στο στάδιο G1 του κυτταρικού κύκλου και αντιγράφουν τα περισσότερα οργανίδια κατά τη φάση S (σύνθεσης), συμπεριλαμβανομένου του κεντροσώματός τους. Επομένως, όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, κάθε θυγατρικό κύτταρο θα λάβει ένα πλήρες σύνολο οργανιδίων. Ταυτόχρονα, κατά τη φάση S όλα τα κύτταρα πρέπει να αντιγράψουν το DNA τους με μεγάλη ακρίβεια, μια διαδικασία που ονομάζεται αντιγραφή του DNA. Μόλις ολοκληρωθεί η αντιγραφή του DNA, στα ευκαρυωτικά κύτταρα το μόριο DNA συμπιέζεται και συμπυκνώνεται, για να σχηματίσει τα μιτωτικά χρωμοσώματα, καθένα από τα οποία αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες, οι οποίες παραμένουν ενωμένες με την εγκαθίδρυση συνοχής μεταξύ τους. Κάθε χρωματίδα είναι ένα πλήρες μόριο DNA, συνδεδεμένο μέσω μικροσωληνίσκων σε ένα από τα δύο κεντροσώματα του διαιρούμενου κυττάρου, που βρίσκονται σε αντίθετους πόλους του κυττάρου. Για να αποφευχθεί ο πρόωρος διαχωρισμός των αδελφών χρωματιδίων, το APC/C διατηρείται σε ανενεργή κατάσταση συνδεδεμένο με διαφορετικά μόρια, τα οποία αποτελούν μέρος ενός πολύπλοκου μηχανισμού που ονομάζεται σημείο ελέγχου συναρμολόγησης ατράκτου.

Η συνεκτίνη στη μείωση

Οι πρωτεΐνες συνεκτίνης SMC1β, SMC3, REC8 και STAG3 φαίνεται να συμμετέχουν στη συνοχή των αδελφών χρωματίδων καθ' όλη τη διάρκεια της μειωτικής διαδικασίας στα ανθρώπινα ωάρια. Οι πρωτεΐνες SMC1β, REC8 και STAG3 είναι συνεκτίνες ειδικές για τη μείωση.

Η πρωτεΐνη STAG3 φαίνεται να είναι απαραίτητη για τη μείωση των θηλυκών. Μια ομόζυγη μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου στο γονίδιο Stag3 εντοπίστηκε σε μια μεγάλη οικογένεια με συγγενείς εξ αίματος με πρόωρη ωοθηκική ανεπάρκεια. Επίσης, τα θηλυκά ποντίκια με ανεπάρκεια STAG3 είναι στείρα και τα εμβρυϊκά ωάρια τους σταματούν στην πρώιμη προφάση 1.

Κατά τη διάρκεια της μείωσης, η δημιουργία συνοχής των αδελφών χρωματίδων μέσω δακτυλίων συνεκτίνης είναι απαραίτητη για να διασφαλιστεί η επιδιόρθωση του DNA που προκαλείται από ομόλογο ανασυνδυασμό και ο επακόλουθος σωστός διαχωρισμός χρωμοσωμάτων. Οι πρωτεΐνες συνεκτίνης φορτώνονται στις χρωματίδες κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ζωής του θηλυκού και δεν αναπληρώνονται με την πάροδο του χρόνου, και έτσι με την πρόοδο της μητρικής ηλικίας η ανευπλοειδία στα ωάρια τείνει να αυξάνεται, με αποτέλεσμα τη μειωμένη γονιμότητα και την αυξημένη στειρότητα και αποβολή εμβρύου. Επίσης, παραλλαγές των πρωτεϊνών συνεκτίνης σχετίζονται με πρωτοπαθή ωοθηκική ανεπάρκεια, τρισωμία σε απογόνους και μη αποφρακτική αζωοσπερμία.

Η απώλεια ωαρίων είναι μια φυσική διαδικασία που επιταχύνεται καθώς οι γυναίκες εισέρχονται στα μέσα της τρίτης δεκαετίας της ζωής τους και, ως εκ τούτου, έχει σημαντική επίδραση στην αναπαραγωγή των γυναικών. Τα ηλικιωμένα ωάρια έχουν χαμηλότερη ικανότητα επιδιόρθωσης του DNA που συνδέεται με την υποβάθμιση της συνεκτίνης.. Τα μειωμένα επίπεδα συνεκτίνης καθιστούν τα ηλικιωμένα ωάρια πιο ευάλωτα σε επίμονη βλάβη του DNA που οδηγεί σε απώλεια ωαρίων.

 Η συνεκτίνη σε εξώθηση βρόχου 
Η εξώθηση βρόχου, μια εξαρτώμενη από το ATP διαδικασία που καθοδηγείται από πρωτεΐνες της οικογένειας SMC όπως η συνεκτίνη και η συμπυκνωτίνη, περιλαμβάνει τη μετατόπιση του DNA για τον σχηματισμό βρόχων. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να απελευθερωθεί το σύμπλοκο εξώθησης ή να συναντήσει ένα φράγμα. Στα σπονδυλωτά, ένας καλά μελετημένος παράγοντας που περιορίζει την εξώθηση βρόχου από την συνεκτίνη είναι ο παράγοντας δέσμευσης CCCTC (CTCF). Ο CTCF αλληλεπιδρά άμεσα με τη συνεκτίνη, σταθεροποιώντας την στη χρωματίνη και αγκυρώνοντας τα όρια των βρόχων. Η διαδικασία εξώθησης βρόχου οδηγεί στο σχηματισμό τοπολογικά συσχετιζόμενων περιοχών (TADs) και βρόχων στη μεσόφαση.

 Εξέλιξη 
Οι πρωτεΐνες SMC βρίσκονται στο δέντρο της ζωής ήδη από τους προκαρυώτες και έχουν διατηρηθεί μέσω της εξέλιξης. Συγκεκριμένα, οι σπείρες των SMC1 και SMC3 διατηρούνται με απόκλιση αμινοξέων μικρότερη από 0,5%.

Στα βακτήρια, η πρωτεΐνη MukBEF που μοιάζει με SMC εμπλέκεται στη συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων  και τον διαχωρισμό. Οι περισσότερες υπομονάδες συνεκτίνης υπάρχουν σε διαφορετικές ευκαρυωτικές ταξινονομικές κατηγορίες. Ωστόσο, αν και υπάρχει ομοιομορφία, η συνεκτίνη μπορεί να έχει διαφορετικές λειτουργίες σε διαφορετικές ταξινομικές κατηγορίες. Παραδείγματος χάρη, στη Drosophila melanogaster ο ρόλος της συνεκτίνης στην εξώθηση είναι αμφισβητήσιμος.

Οι υπομονάδες συνεκτίνης σε διαφορετικά ευκαρυωτικά μπορεί να έχουν διαφορετικά ονόματα:

 Όνομα  Saccharomyces cerevisiae  Schizosaccharomyces pombe   Δροσόφιλα  Σπονδυλωτά Smc1  Smc1  Psm1  DmSmc1  Smc1 Smc3  Smc3  Psm3  Cap  Smc3 Υπομονάδα α-κλεϊσίνης  Mcd1/Pds3/Scc1  Rad21  DmRad21 Rad21 Υπομονάδες strvmal;inhw  Scc3 Psc3  DmSA  SA1 και SA2/STAG1 και STAG2Scc2Scc2Nipped-BNIPBLScc4Scc4Mau2MAU2PDS5PDS5Pds5PDS5AWaplRad61/Wpl1WaplWAPL Ακετυλομεταφοράση συνεκτίνης (CoAT)ECO1/CTF7Deco/SanESCO1 and ESCO2 Δεακετυλάση συνεκτίνης (CoDAC)Hos1?HDAC8

 Τεχνικές έρευνας για τη μελέτη της συνεκτίνης 

 Ανοσοκατακρήμνιση χρωματίνης (Chromatin Immunoprecipitation, ChIP): Χρησιμοποιείται για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων συνεκτίνης-DNA. Περιλαμβάνει παραλλαγές, όπως ChIP-chip ή, πιο πρόσφατα αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος (ChIP-Seq).
 Καταγραφή διαμόρφωσης χρωμοσωμάτων: Χρησιμοποιείται για την ανάλυση του σχηματισμού βρόχων και TAD που συχνά προκαλούνται από τη συνεκτίνη. Αυτό περιλαμβάνει 3C, και πιο πρόσφατες εκδόσεις ολόκληρου του γονιδιώματος Hi-C  και μικρο-C. Αξιοσημείωτη είναι η ταχεία υποβάθμιση  της συνεκτίνης που οδηγεί σε δραστικές αλλαγές στα πρότυπα αλληλεπίδρασης Hi-C, όπως αλλαγή στην απολέπιση της χρωματίνης και εξαφάνιση των περισσότερων TAD και κουκκίδων.
 CRISPR/Cas9: Επιτρέπει τη μελέτη μεταλλάξεων συνεκτίνης και λειτουργικής ανάλυσης.
 Απεικόνιση ζωντανών κυττάρων: Οπτικοποιεί τη δυναμική της συνεκτίνης στη χρωματίνη.

 Κλινική σημασία 

 Συνεκτινοπάθειες 
Ο όρος συνεκτινοπάθεια (cohesinopathy) έχει χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει καταστάσεις που επηρεάζουν το σύμπλεγμα συνεκτίνης.

Αυτές οι συνθήκες περιλαμβάνουν:
 Σύνδρομο Κορνηλία ντε Λάνγκε (Cornelia de Lange Syndrome, CdLS)
 Αιτία: Μεταλλάξεις στα NIPBL, SMC1A, SMC3, HDAC8 και RAD21.
 Συμπτώματα: Καθυστέρηση ανάπτυξης, νοητική υστέρηση και παραμορφώσεις των άκρων, μεταξύ άλλων.
 Σύνδρομο Ρόμπερτς (Roberts syndrome, RBS)
 Αιτία: Μεταλλάξεις στο ESCO2, που επηρεάζουν την ακετυλίωση της συνεκτίνης.
 Συμπτώματα: Προγεννητική ανεπάρκεια ανάπτυξης, κρανιοπροσωπικές ανωμαλίες και δυσπλασίες των άκρων.
 Σύνδρομο θραύσης της Βαρσοβίας (Warsaw breakage syndrome, WABS)
 Αιτία: Μεταλλάξεις στην DDX11, μια ελικάση που αλληλεπιδρά με τη συνεκτίνη.
 Συμπτώματα: Χρωμοσωμική αστάθεια, νοητική υστέρηση και διαταραχές ανάπτυξης.

 Η συνεκτίνη στον καρκίνο 
Οι μεταλλάξεις της συνεκτίνης παρατηρούνται συχνά σε καρκίνους όπως η οξεία μυελογενής λευχαιμία (acute myeloid leukemia, AML), τα μυελοδυσπλαστικά σύνδρομα (myelodysplastic syndromes, MDS), ο καρκίνος του παχέος εντέρου, το γλοιοβλάστωμα και ο καρκίνος της ουροδόχου κύστης. Μεταξύ των γονιδίων της συνεκτίνης, το STAG2 είναι το πιο συχνά μεταλλαγμένο, αντιπροσωπεύοντας περίπου το ήμισυ όλων των μεταλλάξεων που σχετίζονται με τη συνεκτίνη και παρατηρούνται στον καρκίνο.

 Οι μεταλλάξεις STAG2 συνδέονται με χρωμοσωμική αστάθεια και κακή πρόγνωση για AML και MDS.
 Η διαταραχή της επιδιόρθωσης του DNA λόγω απώλειας συνεκτίνης συμβάλλει στην αυξημένη μεταλλακτική επιβάρυνση στους όγκους.

 Άλλα 
Η υπομονάδα συνεκτίνης STAG2 φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στην αιμοποιητική λειτουργία, καθώς η απώλειά της ενισχύει την αυτοανανέωση των βλαστοκυττάρων, ενώ παράλληλα εμποδίζει τη διαφοροποίηση.

 Παραπομπές 

 Παραπέρα μελέτη 








Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Κατηγορία:Μίτωση
Κατηγορία:Πρωτεΐνες
Κατηγορία:Κυτταρικές διεργασίες