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].
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
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].
Изменение структуры SMC-белка в процессе фолдинга и образование димера (процесс димеризации).
Первичная структура
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
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
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
SMC-белки у человека кодируются следующими генами:
↑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. — PMID15937217.
↑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. PMID9335333.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMC2670185. PMID9335334.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID9649503.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID9160743.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID14532007.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID10747036.
↑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. PMID7954812.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID9744887.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID11815634.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID11983169.{{cite news}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
↑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. PMID12411491.
.png)
