35.4: Condensine

Le condensine sono grandi complessi proteici che utilizzano l'ATP per alimentare l'assemblaggio dei cromosomi durante la mitosi. Trasformano la massa aggrovigliata e informe del DNA post-interfase in cromosomi individualizzati compattando, organizzando e segregando il DNA cromosomico.

Le cellule vegetali e animali contengono due tipi di complessi di condensazione— condensina I e condensina II. Entrambi i complessi hanno cinque subunità: due subunità SMC (mantenimento strutturale dei cromosomi), una subunità kleisin e due subunità HEAT-repeat.

Le subunità principali sia della condensina I che della condensina II sono SMC2 e SMC4. Le proteine SMC alterano la disposizione del DNA in modo ATP-dipendente. Le altre tre subunità—le subunità non SMC o ausiliarie—differiscono tra i due complessi.

Gli studi in cui la condensina dei vertebrati è impoverita hanno mostrato ruoli distinti per le condensine I e II nella formazione dei cromosomi mitotici. La rimozione della condensazione II si traduce in cromosomi più lunghi e flessibili, intreccio cromosomico, ingombranti ponti cromatinici durante l'anafase e un drastico accorciamento della profase. Al contrario, la rimozione della condensina I porta a cromosomi più corti e più larghi e ad un'interruzione dell'anafase che è meno grave ma provoca comunque il fallimento della citocinesi.

Una spiegazione popolare del modo in cui i condensanti compattano i cromosomi è il modello di estrusione ad anello. Questo modello presuppone che una molecola di condensazione possa legarsi a due siti di DNA vicini e farli scorrere in direzioni opposte, creando un anello di DNA in crescita. Le condensine possono anche interagire tra loro per formare multimeri che collegano segmenti distanti di cromatina.

Le mutazioni della condensina sono state collegate a diversi tipi di cancro. Ad esempio, i topi con una mutazione missenso nel gene per una subunità della condensina II hanno sviluppato linfomi a cellule T. Sebbene i meccanismi attraverso i quali le condensine influenzano l’architettura cromosomica siano ancora in fase di chiarimento, questi complessi proteici sono parte integrante del ciclo cellulare e della sopravvivenza cellulare.

Una parte fondamentale della vita è la capacità di una cellula di replicare il proprio genoma e dividersi; questi processi si verificano in due fasi principali del ciclo cellulare.

In primo luogo, durante la fase S, il DNA cromosomico viene duplicato. Durante la fase M, i cromosomi duplicati vengono separati e distribuiti a due cellule figlie geneticamente identiche.

Dopo la fase S, il DNA dei cromatidi fratelli è molto lungo e aggrovigliato. La separazione dei cromatidi fratelli in questo stato potrebbe portare a rotture cromosomiche, segregazione impropria e persino alla morte cellulare.

Per evitare questa potenziale crisi, la cellula dedica una notevole quantità di energia durante la mitosi precoce a riorganizzare gradualmente i cromatidi fratelli in strutture più corte che si separano più facilmente.

Questa riorganizzazione si basa sulla condensina, un complesso proteico coinvolto nella condensazione dei cromosomi.

La condensina è composta da cinque subunità. Negli eucarioti, le due subunità maggiori, SMC2 e SMC4, sono collegate nei loro domini di testa ATPasi dalle altre tre subunità: una cleisina e due subunità di ripetizione HEAT.

Le condensine utilizzano l'energia generata dall'idrolisi dell'ATP per promuovere due processi principali che facilitano la separazione dei cromatidi fratelli: la condensazione cromosomica e la risoluzione dei cromatidi fratelli.

Durante la condensazione cromosomica, i cromatidi si impacchettano strettamente. Durante la risoluzione dei cromatidi fratelli, i cromatidi fratelli condensati diventano strutture distinte quando i DNA fratelli vengono scollegati, o decatenati, dalla rimozione parziale delle coesine.

Nel momento in cui la cellula raggiunge la metafase, i cromatidi fratelli sono solo vagamente collegati lungo i bracci, ma sono ancora strettamente legati ai centromeri.

La condensina può alterare l'avvolgimento del DNA e catalizzare la condensazione cromosomica e la risoluzione dei cromatidi fratelli formando strutture ad anello che circondano anelli di DNA.