SMC-белки (SMC-Qyltn)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Модели SMC и структуры когезина.

SMC-белки (сокр. от англ. Structural Maintenance of Chromosomes — структурная поддержка хромосом) — представляют собой большое семейство АТФаз, которые участвуют в регулировании организации структурного порядка хромосом и их динамики[1][2][3].

Классификация[править | править код]

SMC-белки встречаются как у прокариотических, так и у эукариотических организмов.

Прокариотические SMC-белки[править | править код]

SMC-белки являются высококонсервативными от бактерий до человека[4][5]. Большинство бактерий имеют один SMC-белок, который функционирует в виде гомодимера[6][7]. Недавно было показано, что белки SMC помогают ДНК дочерних клеток в начале репликации, чтобы гарантировать правильное разделение молекулы. В подгруппе грамотрицательных бактерий, включая Escherichia coli, структурно-подобный белок MukB играет аналогичную роль[8].

Эукариотические SMC-белки[править | править код]

Эукариоты имеют как минимум шесть типов SMC-белков, в каждом отдельном организме они образуют три типа гетеродимера, которые выполняют следующие функции:

  • Гетеродимеры SMC1 и SMC3 являются основой когезина, комплекса, который отвечает за когезию (сплочённость) сестринских хроматид[9][10][11]. SMC1 и SMC3 также выполняют функции по репарации двунитевых разрывов ДНК в процессе гомологичной рекомбинации[12].
  • Гетеродимеры SMC2 и SMC4 являются основой конденсина, белкового комплекса, благодаря которому происходит конденсация хроматина[13][14]. SMC2 и SMC4 также выполняют функцию репарации ДНК. Конденсин I играет роль в репарации однонитевых разрывов, но не двунитевых. Иначе обстоит дело с конденсином II, который играет роль в гомологичной рекомбинации[12].
  • Гетеродимеры белков SMC5 и SMC6 участвуют в репарации ДНК, а также осуществляют контроль за прохождением контрольных точек[15].

Помимо SMC-белков, каждый из упомянутых выше комплексов имеет определённое количество регуляторных белковых субъединиц. В некоторых организмах идентифицированы вариации SMC-белков. Например, млекопитающие имеют мейоз-специфическую версию SMC1, названную SMC1β[16]. Нематода Caenorhabditis elegans имеет специфическую версию SMC4, которая играет определённую роль в дозовой компенсации[17].

В таблице представлены подгруппы и вариативные SMC-белковые комплексы для нескольких модельных организмов и позвоночных[18]:

Подгруппа Комплекс S. cerevisiae S. pombe C. elegans D. melanogaster Позвоночные
SMC1α когезин Smc1 Psm1 SMC-1 DmSmc1 SMC1α
SMC2 Конденсин Smc2 Cut14 MIX-1 DmSmc2 CAP-E/SMC2
SMC3 когезин Smc3 Psm3 SMC-3 DmSmc3 SMC3
SMC4 Конденсин Smc4 Cut3 SMC-4 DmSmc4 CAP-C/SMC4
SMC5 SMC5-6 Smc5 Smc5 C27A2.1 CG32438 SMC5
SMC6 SMC5-6 Smc6 Smc6/Rad18 C23H4.6, F54D5.14 CG5524 SMC6
SMC1β когезин (мейотический) - - - - SMC1β
SMC4 variant комплекс дозовой компенсации - - DPY-27 - -

Молекулярная структура[править | править код]

Изменение структуры SMC-белка в процессе фолдинга и образование димера (процесс димеризации).

Первичная структура[править | править код]

SMC-белки являются довольно крупными полипептидами и содержат от 1000 до 1500 аминокислотных остатков. Два канонических нуклеотид-связывающих мотива (АТФ-связывающие), известных как Walker A и Walker B мотивы, располагаются отдельно в N-терминальном и С-терминальном доменах, соответственно. Они имеют модульную структуру и состоят из следующих субъединиц:

  • Walker A АТФ-связывающий мотив
  • двуспиральная область I или “катушка” (coiled-coil region I)
  • шарнирный участок, также “петля” (hinge region)
  • двуспиральная область II (coiled-coil region II)
  • Walker B АТФ-связывающий мотив.

Вторичная и третичная структура[править | править код]

SMC димер образует V-образную структуру с двумя длинными двуспиральными плечами[19][20]. На концах молекулы белка, N-терминальный и C-терминальный фрагменты вместе образуют АТФ-связывающий домен. Другой конец молекулы называется «шарнирным участком». Два отдельных SMC-белка димеризуются своими шарнирными участками, в результате чего и образуется V-образный димер[21][22]. Длина каждого двуспирального плеча ~ 50 нм. Такие длинные «антипараллельные» двуспиральные структуры являются уникальными, и найдены только в SMC-белках (а также и их гомологов как Rad50). АТФ-связывающий домен SMC-белков структурно подобен аналогичному домену ABC-транспортёров, большой семьи трансмембранных белков, специализирующихся на перемещении низкомолекулярных соединений через мембраны. Предполагается, что цикл связывания и гидролиза АТФ модулирует цикл закрытия и открытия V-образной молекулы. Однако детальные механизмы действия белков SMC ещё предстоит выяснить.

Агрегация SMC[править | править код]

Белки SMC способны формировать более крупные кольцеподобные структуры. Способность создавать различные архитектурные конфигурации позволяет регулировать различные функции. Некоторые из возможных конфигураций — двойные кольца, филаменты и розетки. Двойные кольца — это 4 белка SMC, связанные головками и шарнирами, образующие кольцо. Филаменты представляют собой цепочку чередующихся SMC. Розетки — представляют собой розоподобные структуры с терминальными сегментами во внутренней области и петлёй во внешней области[23].

Гены, кодирующие белки[править | править код]

SMC-белки у человека кодируются следующими генами:

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Losada A., Hirano T. Dynamic molecular linkers of the genome: the first decade of SMC proteins (англ.) // Genes Dev : journal. — 2005. — Vol. 19, no. 11. — P. 1269—1287. — doi:10.1101/gad.1320505. — PMID 15937217.
  2. ↑ Nasmyth K., Haering C.H. The structure and function of SMC and kleisin complexes. (англ.) // Annu. Rev. Biochem.  (англ.) (рус. : journal. — 2005. — Vol. 74. — P. 595—648. — doi:10.1146/annurev.biochem.74.082803.133219. — PMID 15952899.
  3. ↑ Huang C.E., Milutinovich M., Koshland D. Rings, bracelet or snaps: fashionable alternatives for Smc complexes (англ.) // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci : journal. — 2005. — Vol. 360, no. 1455. — P. 537—542. — doi:10.1098/rstb.2004.1609. — PMID 15897179. — PMC 1569475.
  4. ↑ Harvey, Susan H.; Krien, Michael J. E.; O'Connell, Matthew J. (2002). "Structural maintenance of chromosomes (SMC) proteins, a family of conserved ATPases". Genome Biology. 3 (2): REVIEWS3003. doi:10.1186/gb-2002-3-2-reviews3003. ISSN 1474-760X. PMC 139016. PMID 11864377.
  5. ↑ Palecek, Jan J.; Gruber, Stephan (December 1, 2015). "Kite Proteins: a Superfamily of SMC/Kleisin Partners Conserved Across Bacteria, Archaea, and Eukaryotes". Structure. 23 (12): 2183—2190. doi:10.1016/j.str.2015.10.004. ISSN 1878-4186. PMID 26585514.
  6. ↑ Britton RA, Lin DC, Grossman AD. (1998). "Characterization of a prokaryotic SMC protein involved in chromosome partitioning". Genes Dev. Vol. 12, no. 9. pp. 1254—1259. doi:10.1101/gad.12.9.1254. PMID 9573042.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  7. ↑ Hirano, Tatsuya (February 15, 2002). "The ABCs of SMC proteins: two-armed ATPases for chromosome condensation, cohesion, and repair". Genes & Development. 16 (4): 399—414. doi:10.1101/gad.955102. ISSN 0890-9369. PMID 11850403. S2CID 45664625. Архивировано 15 мая 2023. Дата обращения: 18 декабря 2023.
  8. ↑ Niki H., Jaffé A., Imamura R., Ogura T., Hiraga S. The new gene mukB codes for a 177 kd protein with coiled-coil domains involved in chromosome partitioning of E. coli (англ.) // EMBO J.  (англ.) (рус. : journal. — 1991. — Vol. 10, no. 1. — P. 183—193. — PMID 1989883. — PMC 452628.
  9. ↑ Michaelis C, Ciosk R, Nasmyth K. (1997). "Cohesins: chromosomal proteins that prevent premature separation of sister chromatids". Cell. Vol. 91, no. 1. pp. 35—45. doi:10.1016/S0092-8674(01)80007-6. PMID 9335333.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  10. ↑ Guacci V, Koshland D, Strunnikov A. (1998). "A direct link between sister chromatid cohesion and chromosome condensation revealed through the analysis of MCD1 in S. cerevisiae". Cell. Vol. 91, no. 1. pp. 47—57. doi:10.1016/S0092-8674(01)80008-8. PMC 2670185. PMID 9335334.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  11. ↑ Losada A, Hirano M, Hirano T. (1998). "Identification of Xenopus SMC protein complexes required for sister chromatid cohesion". Genes Dev. Vol. 12, no. 13. pp. 1986—1997. doi:10.1101/gad.12.13.1986. PMID 9649503.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  12. ↑ 1 2 Wu N, Yu H (February 2012). "The Smc complexes in DNA damage response". Cell & Bioscience. 2 (1): 5. doi:10.1186/2045-3701-2-5. PMC 3329402. PMID 22369641.
  13. ↑ Hirano T, Kobayashi R, Hirano M. (1997). "Condensins, chromosome condensation complex containing XCAP-C, XCAP-E and a Xenopus homolog of the Drosophila Barren protein". Cell. Vol. 89, no. 4. pp. 511—21. doi:10.1016/S0092-8674(00)80233-0. PMID 9160743.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  14. ↑ Ono T, Losada A, Hirano M, Myers MP, Neuwald AF, Hirano T. (2003). "Differential contributions of condensin I and condensin II to mitotic chromosome architecture in vertebrate cells". Cell. Vol. 115, no. 1. pp. 109—21. doi:10.1016/S0092-8674(03)00724-4. PMID 14532007.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  15. ↑ Fousteri MI, Lehmann AR. (2000). "A novel SMC protein complex in Schizosaccharomyces pombe contains the Rad18 DNA repair protein". EMBO J. Vol. 19, no. 7. pp. 1691—1702. doi:10.1093/emboj/19.7.1691. PMID 10747036.
  16. ↑ Revenkova E, Eijpe M, Heyting C, Gross B, Jessberger R. (2001). "Novel meiosis-specific isoform of mammalian SMC1". Mol. Cell. Biol. Vol. 21, no. 20. pp. 6984—6998. doi:10.1128/MCB.21.20.6984-6998.2001. PMC 99874. PMID 11564881.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  17. ↑ Chuang PT, Albertson DG, Meyer BJ. (1994). "DPY-27:a chromosome condensation protein homolog that regulates C. elegans dosage compensation through association with the X chromosome". Cell. Vol. 79, no. 3. pp. 459—474. doi:10.1016/0092-8674(94)90255-0. PMID 7954812.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  18. ↑ Schleiffer, Alexander; Kaitna, Susanne; Maurer-Stroh, Sebastian; Glotzer, Michael; Nasmyth, Kim; Eisenhaber, Frank (March 2003). "Kleisins: A Superfamily of Bacterial and Eukaryotic SMC Protein Partners". Molecular Cell. 11 (3): 571—575. doi:10.1016/s1097-2765(03)00108-4. ISSN 1097-2765. PMID 12667442.
  19. ↑ Melby TE, Ciampaglio CN, Briscoe G, Erickson HP. (1998). "The symmetrical structure of structural maintenance of chromosomes (SMC) and MukB proteins: long, antiparallel coiled coils, folded at a flexible hinge". J. Cell Biol. Vol. 142, no. 6. pp. 1595—1604. doi:10.1083/jcb.142.6.1595. PMID 9744887.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  20. ↑ Anderson DE, Losada A, Erickson HP, Hirano T. (2002). "Condensin and cohesin display different arm conformations with characteristic hinge angles". J. Cell Biol. Vol. 156, no. 6. pp. 419—424. doi:10.1083/jcb.200111002. PMID 11815634.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  21. ↑ Haering CH, Löwe J, Hochwagen A, Nasmyth K. (2002). "Molecular architecture of SMC proteins and the yeast cohesin complex". Mol. Cell. Vol. 9, no. 4. pp. 773—788. doi:10.1016/S1097-2765(02)00515-4. PMID 11983169.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  22. ↑ Hirano M, Hirano T. (2002). "Hinge-mediated dimerization of SMC protein is essential for its dynamic interaction with DNA". EMBO J. Vol. 21, no. 21. pp. 5733—5744. doi:10.1093/emboj/cdf575. PMID 12411491.
  23. ↑ Molecular biology : principles and practice. — Second. — New York, 2015. — ISBN 978-1-4641-2614-7.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=SMC-белки&oldid=135891170