Сепараза , также известная как сепарин , представляет собой цистеиновую протеазу, ответственную за запуск анафазы путем гидролиза когезина , белка , ответственного за связывание сестринских хроматид на ранней стадии анафазы . [5] У людей сепарин кодируется геном ESPL1 . [6]
История
У S. cerevisiae сепараза кодируется геном esp1 . Esp1 был открыт Кимом Нэсмит и его коллегами в 1998 году . [7] [8] В 2021 году ученые из Женевского университета с помощью крио-ЭМ определили структуры человеческой сепаразы в комплексе с секурином или CDK1-циклином B1-CKS1. [9]
Функция
Комплекс когезина дрожжей состоит из специализированных белков, включая Scc1. [10]
Стабильная когезия между сестринскими хроматидами до анафазы и их своевременное разделение во время анафазы имеют решающее значение для деления клеток и наследования хромосом. У позвоночных когезия сестринских хроматид высвобождается в 2 этапа с помощью различных механизмов. Первый этап включает фосфорилирование STAG1 или STAG2 в комплексе когезина. Второй этап включает расщепление субъединицы когезина SCC1 ( RAD21 ) сепаразой, что инициирует окончательное разделение сестринских хроматид. [11]
В S. cerevisiae Esp1 кодируется ESP1 и регулируется секурином Pds1. Две сестринские хроматиды изначально связаны вместе комплексом когезина до начала анафазы, в этот момент митотическое веретено разделяет две сестринские хроматиды, оставляя каждую из двух дочерних клеток с эквивалентным количеством сестринских хроматид. Белки, которые связывают две сестринские хроматиды, не допуская преждевременного разделения сестринских хроматид, являются частью семейства белков когезина . Одним из этих белков когезина, имеющих решающее значение для сплоченности сестринских хроматид, является Scc1. Esp1 является сепаразным белком, который расщепляет субъединицу когезина Scc1 (RAD21), позволяя сестринским хроматидам разделяться в начале анафазы во время митоза . [8]
Регулирование
Сетевая диаграмма с петлями обратной связи для генерации переключающейся активации анафазы. [12]
Когда клетка не делится, сепаразе не удаётся расщепить когезин посредством её ассоциации либо с секурином , либо при фосфорилировании определённого остатка серина в сепаразе комплексом циклин-CDK . Фосфорилирование сепаразы приводит к стабильной ассоциации с CDK1-циклин B1. Связывание секурина или CDK1-циклин B является взаимоисключающим. В обоих комплексах сепараза ингибируется псевдосубстратными мотивами, которые блокируют связывание субстрата в каталитическом сайте и в близлежащих стыковочных сайтах. Однако, в то время как секурин содержит свои собственные псевдосубстратные мотивы для блокировки связывания субстрата, комплекс CDK1-циклин B ингибирует сепаразу, делая псевдосубстратные мотивы жёсткими из гибких петель в самой сепаразе, что приводит к самоингибированию протеолитической активности сепаразы. [9] Регулирование посредством этих отдельных партнёров по связыванию обеспечивает два уровня негативной регуляции для предотвращения ненадлежащего расщепления когезина. Обратите внимание, что сепараза не может функционировать без первоначального формирования комплекса секурин-сепараза в большинстве организмов. Это происходит потому, что секурин помогает правильно сложить сепаразу в функциональную конформацию. Однако дрожжам, по-видимому, не требуется секурин для формирования функциональной сепаразы, поскольку анафаза происходит у дрожжей даже при делеции секурина. [10]
По сигналу анафазы секурин убиквитинируется и гидролизуется, высвобождая сепаразу для дефосфорилирования комплексом APC -Cdc20. Активная сепараза затем может расщепить Scc1 для высвобождения сестринских хроматид.
Сепараза инициирует активацию Cdc14 в ранней анафазе [13] , и было обнаружено, что Cdc14 дефосфорилирует секурин, тем самым увеличивая его эффективность в качестве субстрата для деградации. Наличие этой положительной обратной связи предлагает потенциальный механизм для придания анафазе более переключающего поведения. [12]
Рисунок 4: Потенциальная сетевая диаграмма, включающая секурин и сепаразу для генерации переключающей активации анафазы.
Ссылки
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000135476 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000058290 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "ESPL1 - Сепарин - Homo sapiens (Человек) - Ген и белок ESPL1". Uniprot.org . 2010-10-05 . Получено 2016-05-14 .
^ Nagase T, Seki N, Ishikawa K, Tanaka A, Nomura N (февраль 1996 г.). «Предсказание кодирующих последовательностей неидентифицированных генов человека. V. Кодирующие последовательности 40 новых генов (KIAA0161-KIAA0200), выведенные путем анализа клонов кДНК из линии клеток человека KG-1». DNA Research . 3 (1): 17–24. doi : 10.1093/dnares/3.1.17 . PMID 8724849.
^ Ciosk R, Zachariae W, Michaelis C, Shevchenko A, Mann M, Nasmyth K (июнь 1998 г.). «Комплекс ESP1/PDS1 регулирует потерю сестринской хроматидной когезии при переходе от метафазы к анафазе у дрожжей». Cell . 93 (6): 1067–1076. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81211-8 . PMID 9635435. S2CID 9951929.
^ ab Uhlmann F , Lottspeich F, Nasmyth K (июль 1999). "Разделение сестринских хроматид в начале анафазы стимулируется расщеплением субъединицы когезина Scc1". Nature . 400 (6739): 37–42. Bibcode :1999Natur.400...37U. doi :10.1038/21831. PMID 10403247. S2CID 4354549.
^ ab Yu J, Raia P, Ghent CM, Raisch T, Sadian Y, Cavadini S и др. (август 2021 г.). «Структурные основы регуляции сепаразы человека секурином и CDK1-циклином B1». Природа . 596 (7870): 138–142. Бибкод : 2021Natur.596..138Y. дои : 10.1038/s41586-021-03764-0. ПМЦ 8482764 . PMID 34290405. S2CID 236174130.
^ ab Morgan DO (2007). Клеточный цикл: принципы управления . Лондон: Опубликовано New Science Press совместно с Oxford University Press. ISBN978-0-87893-508-6.
^ Sun Y, Kucej M, Fan HY, Yu H, Sun QY, Zou H (апрель 2009 г.). «Сепараза привлекается к митотическим хромосомам для разрушения сцепления сестринских хроматид в зависимости от ДНК». Cell . 137 (1): 123–132. doi :10.1016/j.cell.2009.01.040. PMC 2673135 . PMID 19345191.
^ ab Holt LJ, Krutchinsky AN, Morgan DO (июль 2008). «Положительная обратная связь обостряет переключение анафазы». Nature . 454 (7202): 353–357. Bibcode :2008Natur.454..353H. doi :10.1038/nature07050. PMC 2636747 . PMID 18552837.
^ Stegmeier F, Visintin R, Amon A (январь 2002 г.). «Separase, polo kinase, the kinetochore protein Slk19, and Spo12 function in a network that control Cdc14 localization during early anaphase». Cell . 108 (2): 207–220. doi : 10.1016/S0092-8674(02)00618-9 . PMID 11832211. S2CID 2408261.
Дальнейшее чтение
McGrew JT, Goetsch L, Byers B, Baum P (декабрь 1992 г.). «Требование ESP1 в ядерном делении Saccharomyces cerevisiae». Молекулярная биология клетки . 3 (12): 1443–1454. doi : 10.1091/mbc.3.12.1443. PMC 275712. PMID 1493337.
Ciosk R, Zachariae W, Michaelis C, Shevchenko A, Mann M, Nasmyth K (июнь 1998 г.). «Комплекс ESP1/PDS1 регулирует потерю сцепления сестринских хроматид при переходе от метафазы к анафазе у дрожжей». Cell . 93 (6): 1067–1076. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81211-8 . PMID 9635435. S2CID 9951929.
Jensen S, Segal M, Clarke DJ, Reed SI (январь 2001 г.). «Новая роль сепарина Esp1 почкующихся дрожжей в удлинении веретена в анафазе: доказательство того, что правильная ассоциация Esp1 с веретеном регулируется Pds1». The Journal of Cell Biology . 152 (1): 27–40. doi :10.1083/jcb.152.1.27. PMC 2193664 . PMID 11149918.
Kumar P, Cheng H, Paudyal S, Nakamura LV, Zhang N, Li JT и др. (сентябрь 2020 г.). «Гаплонедостаточность протеазы когезина, сепаразы, способствует регенерации гемопоэтических стволовых клеток у мышей». Stem Cells . 38 (12): 1624–1636. doi :10.1002/stem.3280. PMID 32997844. S2CID 222147920.
