Кохезин — это белок, который образует кольцевой комплекс, изменяющий форму молекулы ДНК. Он перемещается по ДНК и создаёт специфические петли в генетическом материале, которые определяют архитектуру генома и экспрессию генов.
Некоторые мутации в генах комплекса кохезина ответственны за редкие заболевания (кохезинопатии), такие как синдром Корнелии де Ланге (SCdL) или синдром Робертса, которые влияют на несколько органов и вызывают пороки развития.
Однако расшифровка механизмов работы кохезинов, их локализации в определённых участках генома и поиск их роли в регуляции активности ДНК всё ещё являются научной задачей в молекулярной биологии.
Исследование, опубликованное в журнале Nucleic Acids Research, открывает новый взгляд на то, как комплекс кохезина может связываться со структурой хроматина и изменять экспрессию генов, вызывающих кохезинопатии.
В исследовании приняли участие команды под руководством профессора Евы Эстебанес-Перпиньян с факультета биологии Университета Барселоны (UB) и Института биомедицины (IBUB) с головным офисом в научном парке Барселоны (PCB), а также эксперты Гордон Л. Хейгер из Национальных институтов здравоохранения (NIH) в Бетесде (США) и Франк Декьедт из Льежского университета (Бельгия).
Белок, который делает возможным сворачивание генома в петли ДНК, состоит из четырёх субъединиц. «На сегодняшний день исследователи описали 25 белков, которые регулируют эти субъединицы и их биологическую функцию», — отмечает профессор Эстебанес-Перпиньян, возглавляющая команду, созданную в рамках исследовательской группы на кафедре редких заболеваний UB.
«В клетках человека обнаружены две различные изоформы кохезина, которые дифференцируются в субъединицу, известную как STAG. Таким образом, были описаны кохезин STAG-1 и кохезин STAG-2. Эти изоформы различаются по составу субъединиц SMC1, SMC3 и SCC1/RAD21», — отмечает исследователь из отдела молекулярной биохимии и биомедицины факультета биологии.
Предыдущие исследования описывали, как белок NIPBL (фактор загрузки кохезина), связанный с белком MAU2, позволяет кохезину связываться с определёнными точками на ДНК, известными как энхансеры генов. Эти геномные регионы представляют собой последовательности ДНК, где происходит связывание с факторами транскрипции, такими как члены надсемейства ядерных рецепторов.
Теперь в статье показано, как белок NIPBL взаимодействует как с белком MAU2, так и с глюкокортикоидным рецептором (GR), фактором транскрипции из суперсемейства ядерных рецепторов, который необходим для клеточных функций.
«Этот тройной комплекс NIPBL-MAU2-GR модулирует транскрипцию, поскольку облегчает взаимодействие глюкокортикоидного рецептора (GR) с NIPBL и MAU2, который является фактором загрузки кохезина. Когда GR взаимодействует с этими двумя белками, он изменяет структуру хроматина и влияет на процесс экспрессии генов», — отмечают Альба Хименес-Панизо и Андреа Алегре-Марти (IBUB), исследователи Хуана де ла Сьерва и соавторы статьи, принимавшие активное участие в исследовании.
Таким образом, тройной комплекс NIPBL-MAU2-GR становится ключевым для регуляции экспрессии генов, находящихся под контролем глюкокортикоидного рецептора.
В рамках исследования команда использовала несколько современных методов для микроскопической визуализации молекулярных комплексов в реальном времени, которые связываются с хроматином. Также были применены дополнительные биохимические и биофизические методы для анализа комплекса с разных структурных и клеточных точек зрения.
Новое исследование поможет улучшить наше понимание синдрома Корнелии де Ланге, который вызван мутациями в генах NIPBL, SMC1A, HDAC8, RAD21 и SMC3.
«Эти мутации влияют на ключевые субъединицы как кохезина, так и белков, которые регулируют его организацию и функцию. Понимание молекулярных механизмов, с помощью которых комплексы не формируются должным образом и вызывают нарушение организации хромосом, является ключом к пониманию болезни», — объясняют исследователи.
Описанный в статье механизм предполагает, что другие ядерные рецепторы могут взаимодействовать с NIPBL аналогичным образом. В этом контексте команда продолжит изучать функциональный статус глюкокортикоидного рецептора (GR) и молекулярную биологию комплексов, которые он образует в клетке, а также исследовать молекулярные механизмы, лежащие в основе таких заболеваний, как астма и другие аутоиммунные патологии.
Предоставлено Университетом Барселоны.