SMC-белки

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].

КлассификацияПравить

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

Прокариотические SMC-белкиПравить

SMC-белки являются высококонсервативными от бактерий до человека. Большинство бактерий имеют один SMC-белок, который функционирует в виде гомодимера^[4]. В подгруппе грамотрицательных бактерий, включая Escherichia coli, структурно-подобный белок MukB играет аналогичную роль^[5].

Эукариотические SMC-белкиПравить

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 сестринских хроматид^[6]^[7]^[8].
Гетеродимеры SMC2 и SMC4 являются основой конденсина, белкового комплекса, благодаря которому происходит конденсация хроматина^[9]^[10].
Гетеродимеры белков SMC5 и SMC6 участвуют в репарации ДНК, а также осуществляют контроль за прохождением контрольных точек^[11].

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^[12]. Нематода Caenorhabditis elegans имеет специфическую версию SMC4, которая играет определённую роль в дозовой компенсации^[13].

В таблице представлены подгруппы и вариативные SMC-белковые комплексы у различных эукариотических организмов.

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 (мейоз)	-	-	-	-	SMC1β
SMC4 variant	комплекс дозовой компенсации	-	-	DPY-27	-	-

Молекулярная структураПравить

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

Первичная структураПравить

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 (coiled-coil region I)
шарнирный участок (hinge region)
двуспиральная область II (coiled-coil region II)
Walker B АТФ-связывающий мотив.

Вторичная и третичная структураПравить

SMC димер образует V-образную структуру с двумя длинными двуспиральными плечами^[14]^[15]. 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^[16]^[17]. 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.

Гены, кодирующие белкиПравить

SMC-белки у человека кодируются следующими генами:

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ Britton RA, Lin DC, Grossman AD.. Characterization of a prokaryotic SMC protein involved in chromosome partitioning., С. 1254–1259.
↑ 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.
↑ Michaelis C, Ciosk R, Nasmyth K.. Cohesins: chromosomal proteins that prevent premature separation of sister chromatids, С. 35–45.
↑ Guacci V, Koshland D, Strunnikov A.. A direct link between sister chromatid cohesion and chromosome condensation revealed through the analysis of MCD1 in S. cerevisiae, С. 47–57.
↑ Losada A, Hirano M, Hirano T.. Identification of Xenopus SMC protein complexes required for sister chromatid cohesion, С. 1986–1997.
↑ Hirano T, Kobayashi R, Hirano M.. Condensins, chromosome condensation complex containing XCAP-C, XCAP-E and a Xenopus homolog of the Drosophila Barren protein, С. 511–21.
↑ Ono T, Losada A, Hirano M, Myers MP, Neuwald AF, Hirano T.. Differential contributions of condensin I and condensin II to mitotic chromosome architecture in vertebrate cells, С. 109–21.
↑ Fousteri MI, Lehmann AR.. A novel SMC protein complex in Schizosaccharomyces pombe contains the Rad18 DNA repair protein, С. 1691–1702.
↑ Revenkova E, Eijpe M, Heyting C, Gross B, Jessberger R.. Novel meiosis-specific isoform of mammalian SMC1, С. 6984–6998.
↑ Chuang PT, Albertson DG, Meyer BJ.. DPY-27:a chromosome condensation protein homolog that regulates C. elegans dosage compensation through association with the X chromosome, С. 459–474.
↑ Melby TE, Ciampaglio CN, Briscoe G, Erickson HP.. The symmetrical structure of structural maintenance of chromosomes (SMC) and MukB proteins: long, antiparallel coiled coils, folded at a flexible hinge., С. 1595–1604.
↑ Anderson DE, Losada A, Erickson HP, Hirano T.. Condensin and cohesin display different arm conformations with characteristic hinge angles., С. 419–424.
↑ Haering CH, Löwe J, Hochwagen A, Nasmyth K.. Molecular architecture of SMC proteins and the yeast cohesin complex., С. 773–788.
↑ Hirano M, Hirano T.. Hinge-mediated dimerization of SMC protein is essential for its dynamic interaction with DNA., С. 5733–5744.

[Hirano_2002-1] 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.

[pmid15952899-2] 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.

[Huang_2005-3] 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.

[pmid9573042-4] Britton RA, Lin DC, Grossman AD.. Characterization of a prokaryotic SMC protein involved in chromosome partitioning., С. 1254–1259.

[pmid1989883-5] 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.

[pmid9335333-6] Michaelis C, Ciosk R, Nasmyth K.. Cohesins: chromosomal proteins that prevent premature separation of sister chromatids, С. 35–45.

[pmid9335334-7] Guacci V, Koshland D, Strunnikov A.. A direct link between sister chromatid cohesion and chromosome condensation revealed through the analysis of MCD1 in S. cerevisiae, С. 47–57.

[pmid9649503-8] Losada A, Hirano M, Hirano T.. Identification of Xenopus SMC protein complexes required for sister chromatid cohesion, С. 1986–1997.

[pmid9160743-9] Hirano T, Kobayashi R, Hirano M.. Condensins, chromosome condensation complex containing XCAP-C, XCAP-E and a Xenopus homolog of the Drosophila Barren protein, С. 511–21.

[pmid14532007-10] Ono T, Losada A, Hirano M, Myers MP, Neuwald AF, Hirano T.. Differential contributions of condensin I and condensin II to mitotic chromosome architecture in vertebrate cells, С. 109–21.

[pmid10747036-11] Fousteri MI, Lehmann AR.. A novel SMC protein complex in Schizosaccharomyces pombe contains the Rad18 DNA repair protein, С. 1691–1702.

[pmid11564881-12] Revenkova E, Eijpe M, Heyting C, Gross B, Jessberger R.. Novel meiosis-specific isoform of mammalian SMC1, С. 6984–6998.

[pmid7954812-13] Chuang PT, Albertson DG, Meyer BJ.. DPY-27:a chromosome condensation protein homolog that regulates C. elegans dosage compensation through association with the X chromosome, С. 459–474.

[pmid9744887-14] Melby TE, Ciampaglio CN, Briscoe G, Erickson HP.. The symmetrical structure of structural maintenance of chromosomes (SMC) and MukB proteins: long, antiparallel coiled coils, folded at a flexible hinge., С. 1595–1604.

[pmid11815634-15] Anderson DE, Losada A, Erickson HP, Hirano T.. Condensin and cohesin display different arm conformations with characteristic hinge angles., С. 419–424.

[pmid11983169-16] Haering CH, Löwe J, Hochwagen A, Nasmyth K.. Molecular architecture of SMC proteins and the yeast cohesin complex., С. 773–788.

[pmid12411491-17] Hirano M, Hirano T.. Hinge-mediated dimerization of SMC protein is essential for its dynamic interaction with DNA., С. 5733–5744.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]