центромера и кинетохор

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.
Клеточный цикл
cohesion
decondensation
condensation
Mitosis
segregation
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 и
внутренний
кинетохор
-поддержание
структуры
центромеры
Центральный
кинетохор
-связь внутреннего
и внешнего
кинетохора
Внешний
кинетохор
-контакт с МТ
-контроль деления
Гетерохроматин
-прицентромерная
когезия
Хромосомные
плечи
-связь с периферическими МТ
-когезия
Центромера дрожжей
CENP-C
Сse4 (CENP-A)
вариант Н3
Сbf1, Cbf3 сиквенсспецифическое
связывание
Когезия
Движение
к полюсу
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
Эпигенетическая центромера
1. Гистон CENP-A
Внешний кинетохор
Cohesin
Cohesin
Aurora
Cohesin
A
H4
H3
H4
C
Cohesin
INCENP
M
H4
H2A H2B
H2A H2B
C
H4
H2A H2B
A
H4
C
INCENP
A
H4
C
H3
H2A H2B
Aurora
H2A H2B
H2A H2B
P
H3
H4
NDC80
H4
A
H2A H2B
A
H4
Aurora
H2A H2B
H3
H4
HP1
H3
INCENP
M
H2A H2B
H4
H4
H2A H2B
A
H4
НМТ, HP1
A
H3
H2A H2B
H4
H2A H2B
A
M
C
NDC80
H2A H2B
M
P
C
H2A H2B
C
HMT
2. Белки
гетерохроматина:
Внешний кинетохор
В установлении и поддержании структуры
центромеры участвует система РНК-интерференции
(привлечение HMT и HP1)
3. Белки внутреннего
и центрального
кинетохора:
CENP-C, NDC80
4. Когезин
(НР1, CENP-С, NDC80)
5. Chromosome
passenger proteins:
AuroraB (киназа),
INCENP
6. Белки внешнего
кинетохора
Прикрепление микротрубочек к кинетохору
Dam1, Ctf19 – у S. cerevisiae, у остальных пока не найдены
Ndc80 – у всех эукариот, взаимодействует:
- с белками внутреннего кинетохора
- с когезином
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
2. CENP-E - кинезин:
закрепление кинетохора,
движение к плюс-концу
1. Цитоплазматический динеин:
движение к минус-концу МТ
3. Kin1 - кинезин:
разборка МТ
4. Хромокинезин:
движение к плюс-концу,
плечи хромосомы
Структура когезина и когезина. SMC-белки
SMC - structural maintainance of chromosomes
Возможный механизм когезии
Когезин образует
кольцо?
Клейсин (kleisine) - субъединица, замыкающая кольцо

Посадка когезина на хромосому и установление когезии
1. 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
Дрожжи: конденсация происходит без диссоциации когезина
Многоклеточные: 95% когезина диссоциирует в профазе (разделение хроматид)
G2
cdk1cyclinB
PLK
M
Когезин в районе
центромеры защищен
белком Shugoshin
cdk1
- cyclin dependent kinase
cyclin B - митоз-специфический циклин
PLK
- polo-like kinase
Механизм разделения хромосом
Сепараза:
•цистеиновая протеаза, 180-250
кДа, родственна каспазам и
гемоглобиназам
•расщепляет Scc1-субъединицу
когезина
•содержит домен, гомологичный
бактериальным HetF-протеазам
Секьюрин:
•ингибитор сепаразы, экранирует
активный центр фермента
•необходим для правильной
локализации и активации
сепаразы
APC (anaphase promoting
complex):
•убиквитин-лигаза
•необходима для инициации
анафазы, участвует в деградации
секьюрина
Роль АРС в разделении хромосом
1 - активация сепаразы
деградация секьюрина
2 - инактивация cdk1-cycB
деградация циклина Б
3 - инактивация МТ-моторов (X-kid)
4 - расщепление shugoshin (?)
Регуляция активности АРС в клеточном цикле
Spindle
checkpoint
Субстраты АРС-Cdc20:
•cyclin B (переход к анафазе)
•securin (разделение хромосом)
•моторы веретена деления
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.