RAD21
| RAD21 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikatory | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| , CDLS4, HR21, HMCD1, NXP1, SCC1, hHR21, składnik kompleksu kohezyny RAD21, | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| identyfikatory zewnętrzne MGS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wikidane | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Homolog rad21 białka naprawy pęknięć podwójnej nici jest białkiem kodowanym u ludzi przez gen RAD21 . RAD21 (znany również jako Mcd1 , Scc1 , KIAA0078 , NXP1 , HR21 ), niezbędny gen, koduje białko naprawcze pęknięcia dwuniciowego DNA (DSB), które jest ewolucyjnie konserwowane u wszystkich eukariontów , od pączkujących drożdży po ludzi . Białko RAD21 jest składnikiem strukturalnym wysoce konserwatywnego kohezyny składającego się z białek RAD21, SMC1A , SMC3 i SCC3 [ STAG1 (SA1) i STAG2 (SA2) w organizmach wielokomórkowych], zaangażowanych w spójność chromatyd siostrzanych .
Odkrycie
rad21 został po raz pierwszy sklonowany przez Birkenbihl i Subramani w 1992 r. poprzez uzupełnienie wrażliwości na promieniowanie zmutowanych drożdży rozszczepialnych rad21-45 , Schizosaccharomyces pombe , a mysie i ludzkie homologi S. pombe rad21 zostały sklonowane przez McKay, Troelstra, van der Spek, Kanaar , Smit, Hagemeijer, Bootsma i Hoeijmakers. Ludzki RAD21 ( hRAD21 ) zlokalizowany jest na długim (q) ramieniu chromosomu 8 na pozycji 24.11 (8q24.11). W 1997 roku dwie grupy niezależnie odkryły, że RAD21 jest głównym składnikiem chromosomalnego kohezyny , a jego rozpuszczenie przez proteazę cysteinową Separazę w przejściu metafazy do anafazy powoduje rozdzielenie chromatyd siostrzanych i segregację chromosomów.
Struktura
RAD21, należy do nadrodziny białek eukariotycznych i prokariotycznych zwanej a-Kleisins, jest jądrową fosfobiałką, której wielkość waha się od 278aa u jaszczurki domowej ( Gekko Japonicus ) do 746aa u orki ( Orcinus Orca ), ze medianą długość 631aa u większości gatunków kręgowców, w tym ludzi. Białka RAD21 są najbardziej konserwatywne na końcu N (NT) i końcu C (CT), które wiążą się odpowiednio z SMC3 i SMC1 . Domena STAG w środku RAD21, która wiąże się z SCC3 ( SA1 / SA2 ), jest również zachowana (ryc. 1). Białka te mają sygnały lokalizacji jądrowej, rozciąganie kwasowo-zasadowe i rozciąganie kwasowe (ryc. 1), co jest zgodne z rolą wiązania chromatyny. RAD21 jest rozszczepiany przez kilka proteaz, w tym separazę i zależną od wapnia endopeptydazę cysteinową Calpain-1 podczas mitozy i kaspazy podczas apoptozy .
Interakcje
RAD21 wiąże się z heterodimerem SMC1 i SMC3 w kształcie litery V, tworząc trójdzielną strukturę pierścieniową, a następnie rekrutuje SCC3 (SA1/SA2). Kompleks 4 elementów nazywany jest kohezyny (ryc. 2). Obecnie istnieją dwa główne, konkurencyjne modele spójności chromatyd siostrzanych (ryc. 2B). Pierwszy z nich to model objęcia z jednym pierścieniem, a drugi to dimeryczny model kajdanek. Model objęcia jednego pierścienia zakłada, że pojedynczy pierścień kohezyny zatrzymuje dwie siostrzane chromatydy wewnątrz, podczas gdy model kajdanek z dwoma pierścieniami proponuje uwięzienie każdej chromatydy indywidualnie. Zgodnie z modelem kajdanek każdy pierścień zawiera jeden zestaw cząsteczek RAD21, SMC1 i SMC3. Kajdanki powstają, gdy dwie cząsteczki RAD21 przemieszczają się do orientacji antyrównoległej, która jest wymuszana przez SA1 lub SA2.
Domena N-końcowa RAD21 zawiera dwie α-helisy, które tworzą trzy helikalne wiązki ze zwiniętą cewką SMC3. Uważa się, że centralny region RAD21 jest w dużej mierze nieustrukturyzowany, ale zawiera kilka miejsc wiązania regulatorów kohezyny . Obejmuje to miejsce wiązania SA1 lub SA2, motywy rozpoznawane przez separazę, kaspazę i kalpainę do rozszczepienia, jak również region, który jest wiązany konkurencyjnie przez PDS5A, PDS5B lub NIPBL. Domena C-końcowa RAD21 tworzy uskrzydloną helisę, która wiąże dwa arkusze β w domenie głowy Smc1.
WAPL uwalnia kohezynę z DNA, otwierając interfejs SMC3-RAD21, umożliwiając w ten sposób DNA wydostanie się z pierścienia. Otwarcie tego interfejsu jest regulowane przez wiązanie ATP przez podjednostki SMC. Powoduje to dimeryzację domen głowy ATPazy i deformację zwiniętej cewki SMC3, zakłócając w ten sposób wiązanie RAD21 ze zwiniętą cewką.
Doniesiono łącznie o 285 interakcjach z RAD21, które działają w szerokim zakresie procesów komórkowych, w tym w mitozie , regulacji apoptozy , dynamice chromosomów, spójności chromosomów, replikacji , regulacji transkrypcji , obróbce RNA , odpowiedzi na uszkodzenie DNA , modyfikacji i degradacji białek oraz cytoszkielet i ruchliwość komórek (ryc. 3).
Funkcjonować
RAD21 odgrywa wiele ról fizjologicznych w różnych funkcjach komórkowych (ryc. 4). Jako podjednostka kohezyny złożony, RAD21 bierze udział w spójności chromatyd siostrzanych od czasu replikacji DNA w fazie S do ich segregacji w mitozie, funkcji, która jest konserwowana ewolucyjnie i niezbędna dla prawidłowej segregacji chromosomów, architektury chromosomów, naprawy DNA po replikacji i zapobiegania niewłaściwa rekombinacja między powtarzalnymi regionami. RAD21 może również odgrywać rolę w montażu biegunów wrzeciona podczas mitozy i postępu apoptozy. W interfazie kohezyna może kontrolować ekspresję genów poprzez wiązanie się z licznymi miejscami w genomie. Jako składnik strukturalny kompleksu kohezyny, RAD21 przyczynia się również do różnych funkcji związanych z chromatyną, w tym replikacji DNA, odpowiedzi na uszkodzenia DNA (DDR) i, co najważniejsze, regulacji transkrypcji. Liczne niedawne badania funkcjonalne i genomiczne wykazały, że chromosomalne białka kohezyny są kluczowymi regulatorami ekspresji genów krwiotwórczych.
Jako część kompleksu kohezyny, funkcje Rad21 w regulacji ekspresji genów obejmują: 1) transkrypcję specyficzną dla allelu poprzez oddziaływanie z elementem granicznym czynnika wiążącego CCCTC (CTCF), 2) transkrypcję tkankowo specyficzną poprzez oddziaływanie z tkankowo-specyficznym czynniki transkrypcyjne, 3) ogólny postęp transkrypcji poprzez komunikację z podstawową maszynerią transkrypcyjną i 4) kolokalizacja RAD21 z niezależnymi od CTCF czynnikami pluripotencji (Oct4, Nanog, Sox4 i KLF2). RAD21 współpracuje z CTCF, tkankowo specyficznymi czynnikami transkrypcyjnymi oraz podstawowa maszyneria transkrypcyjna do dynamicznej regulacji transkrypcji. Ponadto, aby zapewnić prawidłową aktywację transkrypcji, kohezyna zapętla chromatynę, łącząc ze sobą dwa odległe regiony. Kohezyna może również działać jako izolator transkrypcji, zapewniając represję. Zatem RAD21 może wpływać zarówno na aktywację, jak i represję transkrypcji. Wzmacniacze promujące transkrypcję i izolatory że transkrypcja blokowa jest zlokalizowana w konserwatywnych elementach regulacyjnych (CRE) na chromosomach i uważa się, że kohezyny fizycznie łączą odległe CRE z promotorami genów w sposób specyficzny dla typu komórki, aby modulować wynik transkrypcji.
W mejozie wyrażany jest REC8 , który zastępuje RAD21 w kompleksie kohezyny. Kohezyna zawierająca REC8 generuje spójność między homologicznymi chromosomami i chromatydami siostrzanymi , która w przypadku oocytów ssaków może utrzymywać się przez lata. RAD21L jest kolejnym paralogiem RAD21, który odgrywa rolę w segregacji chromosomów mejotycznych. Główną rolą kompleksu kohezyny Rad21L jest parowanie homologów i synapsa, a nie spójność chromatyd siostrzanych, podczas gdy Rec8 najprawdopodobniej działa w spójności chromatyd siostrzanych. Co ciekawe, jednocześnie ze zniknięciem RAD21L, Rad21 pojawia się na chromosomach w późnym pachytenie i głównie dysocjuje później po diplotenie. Funkcja kohezyny Rad21, która przejściowo pojawia się w późnej profazie I, jest niejasna.
Heterozygotyczne lub homozygotyczne mutacje zmiany sensu linii zarodkowej w RAD21 są powiązane z ludzkimi zaburzeniami genetycznymi, w tym chorobami rozwojowymi, takimi jak odpowiednio zespół Cornelii de Lange i przewlekła pseudoniedrożność jelit zwana zespołem Mungana i zbiorczo określane jako kohezynopatie. Mutacje somatyczne i amplifikację RAD21 również szeroko opisywano zarówno w ludzkich guzach litych, jak i nowotworach krwiotwórczych.
Notatki