RAD21 - RAD21
Dobbelt-streng-break-reparationsprotein rad21-homolog er et protein, der hos mennesker er kodet af RAD21- genet . RAD21 (også kendt som Mcd1 , Scc1 , KIAA0078 , NXP1 , HR21 ), et essentielt gen, koder for et DNA dobbeltstrenget break (DSB) reparationsprotein, der evolutionært er konserveret i alle eukaryoter fra spirende gær til mennesker. RAD21 -protein er en strukturel komponent i det stærkt konserverede cohesinkompleks, der består af RAD21, SMC1A , SMC3 og SCC3 [ STAG1 (SA1) og STAG2 (SA2) i multicellulære organismer] proteiner, der er involveret i søsterkromatid -samhørighed .
Opdagelse
rad21 blev først klonet af Birkenbihl og Subramani i 1992 ved at supplere strålingsfølsomheden for rad21-45 mutant fission gær, Schizosaccharomyces pombe , og murine og humane homologer af S. pombe rad21 blev klonet af McKay, Troelstra, van der Spek, Kanaar , Smit, Hagemeijer, Bootsma og Hoeijmakers. Det humane RAD21 ( hRAD21 ) -gen er placeret på den lange (q) arm af kromosom 8 i position 24.11 (8q24.11). I 1997 blev RAD21 uafhængigt opdaget af to grupper for at være en hovedkomponent i det kromosomale kohesinkompleks, og dets opløsning ved cysteinproteasen Separase ved metafasen til anafaseovergangen resulterer i adskillelse af søsterkromatider og kromosomal segregering.
Struktur
RAD21, tilhører en superfamilie af eukaryote og prokaryote proteiner kaldet a-Kleisins, er et nukleart fosfo-protein, varierer i størrelse fra 278aa i husfirben ( Gekko Japonicus ) til 746aa i spækhuggeren ( Orcinus Orca ), med en median længde på 631aa hos de fleste hvirveldyrarter inklusive mennesker. RAD21-proteiner er mest konserverede ved N-terminalen (NT) og C-terminalen (CT), som binder til henholdsvis SMC3 og SMC1. STAG -domænet i midten af RAD21, som binder til SCC3 (SA1/SA2), er også bevaret (figur 1). Disse proteiner har nukleare lokaliseringssignaler, en sur-basisk strækning og en sur strækning (figur 1), hvilket er i overensstemmelse med en kromatinbindende rolle. RAD21 spaltes af flere proteaser, herunder Separase og Calcium-afhængig cysteinendopeptidase Calpain-1 under mitose og Caspases under apoptose.
Interaktioner
RAD21 binder til den V-formede SMC1 og SMC3 heterodimer, danner en treparts ringlignende struktur og rekrutterer derefter SCC3 (SA1/SA2). Det 4-elementskompleks kaldes cohesin-komplekset (figur 2). I øjeblikket er der to store konkurrerende modeller af søsterkromatid -samhørighed (figur 2B). Den første er en-ring omfavnelsesmodellen, og den anden er den dimeriske håndjern-model. Modellen med en ring omfavner, at en enkelt kohesinring fanger to søsterkromatider inde, mens to-ring håndjern-modellen foreslår indfangning af hvert kromatid individuelt. Ifølge håndjernsmodellen har hver ring et sæt RAD21-, SMC1- og SMC3 -molekyler. Håndjernet etableres, når to RAD21-molekyler bevæger sig ind i anti-parallel orientering, der håndhæves af enten SA1 eller SA2.
Det N-terminale domæne i RAD21 indeholder to a-helixer, der danner et bundt med tre spiraler med den spolede spole af SMC3. Det centrale område af RAD21 menes at være stort set ustruktureret, men indeholder flere bindingssteder for regulatorer af cohesin. Dette inkluderer et bindingssted for SA1 eller SA2, genkendelsesmotiver for separase, caspase og calpain, der skal spaltes, samt en region, der er konkurrencedygtigt bundet af PDS5A, PDS5B eller NIPBL. Det C-terminale domæne for RAD21 danner en vinget helix, der binder to β-ark i Smc1-hoveddomænet.
WAPL frigiver cohesin fra DNA ved at åbne SMC3-RAD21-grænsefladen, hvorved DNA kan passere ud af ringen. Åbning af denne grænseflade reguleres af ATP-binding af SMC-underenhederne. Dette får ATPase -hovedets domæner til at dimerisere og deformere SMC3's spolede spole, og derfor afbrydes bindingen af RAD21 til den spolede spole.
I alt er der rapporteret 285 RAD21-interaktanter, der fungerer i en lang række cellulære processer, herunder mitose, regulering af apoptose, kromosomdynamik, kromosomal kohæsion, replikation, transkriptionsregulering, RNA-behandling, DNA-beskadigelsesrespons, proteinmodifikation og nedbrydning og cytoskelet og cellemotilitet (figur 3).
Fungere
RAD21 spiller flere fysiologiske roller i forskellige cellulære funktioner (figur 4). Som en underenhed af cohesin-komplekset er RAD21 involveret i søsterkromatid-samhørighed fra tidspunktet for DNA-replikation i S-fase til deres segregering i mitose, en funktion, der er evolutionært bevaret og afgørende for korrekt kromosomsegregation, kromosomal arkitektur, post-replikativt DNA reparation og forebyggelse af upassende rekombination mellem gentagne regioner. RAD21 kan også spille en rolle i spindelpolens samling under mitose og progression af apoptose. I interfase kan cohesin fungere i kontrollen af genekspression ved at binde til talrige steder i genomet. Som en strukturel komponent i cohesin-komplekset bidrager RAD21 også til forskellige kromatinassocierede funktioner, herunder DNA-replikation, DNA-skaderespons (DDR) og vigtigst af alt transkriptionel regulering. Talrige nylige funktionelle og genomiske undersøgelser har impliceret kromosomale cohesinproteiner som kritiske regulatorer for hæmatopoietisk genekspression.
Som en del af cohesin-komplekset omfatter Rad21's funktioner i reguleringen af genekspression: 1) allelspecifik transkription ved at interagere med grænseelementet CCCTC-bindende faktor (CTCF), 2) vævsspecifik transkription ved at interagere med vævsspecifik transkriptionsfaktorer, 3) generel progression af transkription ved at kommunikere med det basale transkriptionsmaskineri, og 4) RAD21-samlokalisering med CTCF-uafhængige pluripotensfaktorer (4. oktober, Nanog, Sox4 og KLF2). RAD21 samarbejder med CTCF, vævsspecifikke transkriptionsfaktorer og basale transkriptionsmaskiner for at regulere transkription dynamisk. For at udføre korrekt transkriptionsaktivering looper cohesin chromatin for at bringe to fjerne regioner sammen. Cohesin kan også fungere som en transkriptionsisolator for at sikre undertrykkelse. Således kan RAD21 påvirke både aktivering og undertrykkelse af transkription. Forstærkere, der fremmer transkription og isolatorer, der blokerer transkription, er placeret i bevarede regulatoriske elementer (CRE'er) på kromosomer, og kohesiner menes at fysisk forbinde fjerne CRE'er med genpromotorer på en celletypespecifik måde for at modulere transkriptionelt resultat.
Ved meiose udtrykkes REC8 og erstatter RAD21 i samhørighedskomplekset. REC8-holdig cohesin genererer samhørighed mellem homologe kromosomer og søsterkromatider, som kan vedvare i årevis i tilfælde af pattedyrocytter. RAD21L er en yderligere paralog af RAD21, der har en rolle i meiotisk kromosomsegregation. Hovedrollen for Rad21L -cohesinkomplekset er homologparring og synapsis, ikke i søsterkromatid -samhørighed, hvorimod Rec8 sandsynligvis fungerer i søsterkromatid -samhørighed. Interessant nok, samtidig med forsvinden af RAD21L, optræder Rad21 på kromosomerne i sent pachyten og dissocierer for det meste efter diploten fremad. Funktionen af Rad21 cohesin, der forbigående optræder i senfase I, er uklar.
Germline heterozygote eller homozygote missense mutationer i RAD21 har været forbundet med humane genetiske lidelser, herunder udviklingssygdomme som Cornelia de Lange syndrom og kronisk intestinal pseudo-obstruktion kaldet Mungan syndrom, henholdsvis og samlet betegnet som kohesinopatier. Somatiske mutationer og amplifikation af RAD21 er også blevet rapporteret bredt i både humane faste og hæmatopoietiske tumorer.
Noter