우리의 염색체를 X자 모양으로 만드는 것은
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-04-21 10:56:46
3'10" 읽기
염색체의 중심체에서 홀딩 시스템을 해독
세포 분열 중에 우리의 게놈이 딸세포에 올바르게 분포되기 위해서는 먼저 2미터 길이의 DNA 가닥을 복사한 다음 복잡한 방식으로 접고 루프를 만들고 염색체에 포장해야 한다. 각 염색체의 두 자매 염색 분체는 팔이 분리되기 전에 처음에 전체 길이에 걸쳐 연결되며 염색체는 중심체의 중간에서만 함께 유지된다. 이것은 전형적인 X자 모양을 보장한다.
암스테르담에 있는 NCI(네덜란드 암 연구소)의 Alberto García-Nieto와 그의 동료들은 "동위원소는 자매 염색체를 함께 유지하고 모든 염색체가 두 개의 유사분열 방추 장치에 부착될 때까지 미세소관 잡아당김에 저항한다"고 설명했다. centromere에 대한 보류가 너무 일찍 또는 너무 늦게 해제되면 게놈이 딸세포 간에 올바르게 분할되지 않는다. 결과는 심각한 세포 손상 또는 심지어 세포 사멸이다.
클램프로 단백질 링
이 중앙 염색체 연결은 정확히 어떻게 작동할까? 코헤신 분자가 중요한 역할을 한다는 것은 이미 알려져 있었다. 이 고리 모양의 단백질 복합체는 염색분체의 전체 길이에 부착되어 작은 클램프처럼 함께 고정된다. "cohesin 고리는 팔을 따라 열리지만 염색체의 중앙에는 닫혀 있다"고 NCI 선임 저자인 Benjamin Rowland는 설명했다.
중심체에서 두 번째 단백질인 슈고신(SGO1)은 자물쇠처럼 작용하여 코헤신 고리가 열리는 것을 방지한다. 그러나 이 SGO1 잠금이 정확히 어떻게 작동하고 이것이 중앙 코헤신 고리에 어떻게 연결되어 있는지는 이전에는 알려지지 않았다. 따라서 Rowland와 그의 팀은 다양한 형광 방법과 X선 결정학을 사용해 이 유지 메커니즘을 보다 자세히 조사했다.
Cohesin의 오래된 도킹 포인트
분석 결과:
Shugoshin의 "자물쇠"는 코헤신 고리의 틈새에 열쇠처럼 맞는 구조를 가지고 있다. 단백질 가닥의 이러한 접힘은 고리 분자의 모양과 결합에 중요하며 거의 모든 유기체에서 발생한다. "코헤신의 이 SA2 인터페이스는 균류에서 포유류에 이르기까지 존재하며 필수적인 출발점으로 간주된다"고 연구자들은 설명했다.
Shugoshin "자물쇠"는 또한 cohesin의 이 부착 지점에 정확히 결합하여 centromere의 고리가 열리지 않도록 한다. Rowland와 그의 팀이 cohesin fold 또는 shugoshin에 있는 대응물을 단지 몇 개의 아미노산으로 변경했을 때 이것은 시험 세포에 치명적인 결과를 가져왔다.
염색체가 올바르게 배열되지 않았고 유사분열이 완전히 실패했거나 염색체가 딸세포로 잘못 분할되었다.
García-Nieto와 그의 동료들은 “우리는 처음으로 Cohesin과 Shugoshin 사이의 상호작용을 구조적으로 해독했다. 그들의 분석은 어떤 아미노산이 이 고정 메커니즘에서 자물쇠를 형성하고 따라서 중심체에서 염색체를 함께 고정하는지 보여준다. "정확한 시간과 장소에 코헤신을 고정함으로써 이 메커니즘은 우리 염색체의 모양을 결정한다"고 Rowland는 말했다.
홀딩 시스템은 다기능이다.
놀라운 점은, 거의 동일한 유지 메커니즘이 DNA 패키징의 다른 곳에서도 사용된다는 것이다. 게놈을 반복할 때 소위 CTCF 단백질은 DNA 접힘을 제어하기 위해 cohesin의 동일한 도킹 사이트를 사용하기 때문이다. "우리는 여기에서 보편적인 메커니즘을 발견한 것 같다"고 Rowland는 말한다. "복잡한 루프에 DNA를 놓거나 두 자매 염색 분체를 함께 유지하는지 여부에 관계없이 cohesin 복합체를 제어한다.“
따라서 진화 다양한 작업을 위해 셀에서 여러 번 사용되는 홀딩 시스템을 개발했다. 이것은 우리의 셀 기계를 특히 효율적이고 견고하게 만든다. "더 놀라운 것은 CTCF와 Shugoshin이 이 자물쇠를 사용하는 유일한 단백질이 아니라는 것이다"고 Rowland는 말했다. 과학자들이 발견한 것처럼 도킹 메커니즘은 DNA의 모양과 판독을 조절하는 다른 프로세스에서도 발생한다. "따라서 CTCF와 SGO1은 전체 빙산의 일각에 불과할 수 있다"고 팀은 말했다.
(Nature Structural & Molecular Biology, 2023; doi: 10.1038/s41594-023-00968-y)
출처: Netherlands Cancer Institute
염색체의 중심체에서 홀딩 시스템을 해독
우리의 염색체를 X자 모양으로 만드는 것
연구자들은 염색체의 중심체에서 홀딩 시스템을 해독했다.
진화적 특허 솔루션:
연구자들이 이제 염색체의 전형적인 X자 모양이 어떻게 나타나는지 해독했다. 이에 따르면, 두 단백질 사이의 독창적인 자물쇠와 열쇠 원리는 염색체의 두 반쪽이 세포 분열의 마지막 순간까지 함께 남아 있도록 보장한다. 놀라운 점은 이 홀더가 DNA를 루핑할 때 사용되는 것과 동일하다는 것이다. 이것은 진화의 효율성을 보여준다.
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| ▲ 다기능: Cohesin 보유 시스템(CES)은 DNA 루프(왼쪽)와 염색체 중심체 모두에서 세포에서 사용된다.© García-Nieto et al./Nature Structural & Molecular Biology, CC-by 4.0 |
세포 분열 중에 우리의 게놈이 딸세포에 올바르게 분포되기 위해서는 먼저 2미터 길이의 DNA 가닥을 복사한 다음 복잡한 방식으로 접고 루프를 만들고 염색체에 포장해야 한다. 각 염색체의 두 자매 염색 분체는 팔이 분리되기 전에 처음에 전체 길이에 걸쳐 연결되며 염색체는 중심체의 중간에서만 함께 유지된다. 이것은 전형적인 X자 모양을 보장한다.
암스테르담에 있는 NCI(네덜란드 암 연구소)의 Alberto García-Nieto와 그의 동료들은 "동위원소는 자매 염색체를 함께 유지하고 모든 염색체가 두 개의 유사분열 방추 장치에 부착될 때까지 미세소관 잡아당김에 저항한다"고 설명했다. centromere에 대한 보류가 너무 일찍 또는 너무 늦게 해제되면 게놈이 딸세포 간에 올바르게 분할되지 않는다. 결과는 심각한 세포 손상 또는 심지어 세포 사멸이다.
클램프로 단백질 링
이 중앙 염색체 연결은 정확히 어떻게 작동할까? 코헤신 분자가 중요한 역할을 한다는 것은 이미 알려져 있었다. 이 고리 모양의 단백질 복합체는 염색분체의 전체 길이에 부착되어 작은 클램프처럼 함께 고정된다. "cohesin 고리는 팔을 따라 열리지만 염색체의 중앙에는 닫혀 있다"고 NCI 선임 저자인 Benjamin Rowland는 설명했다.
중심체에서 두 번째 단백질인 슈고신(SGO1)은 자물쇠처럼 작용하여 코헤신 고리가 열리는 것을 방지한다. 그러나 이 SGO1 잠금이 정확히 어떻게 작동하고 이것이 중앙 코헤신 고리에 어떻게 연결되어 있는지는 이전에는 알려지지 않았다. 따라서 Rowland와 그의 팀은 다양한 형광 방법과 X선 결정학을 사용해 이 유지 메커니즘을 보다 자세히 조사했다.
Cohesin의 오래된 도킹 포인트
분석 결과:
Shugoshin의 "자물쇠"는 코헤신 고리의 틈새에 열쇠처럼 맞는 구조를 가지고 있다. 단백질 가닥의 이러한 접힘은 고리 분자의 모양과 결합에 중요하며 거의 모든 유기체에서 발생한다. "코헤신의 이 SA2 인터페이스는 균류에서 포유류에 이르기까지 존재하며 필수적인 출발점으로 간주된다"고 연구자들은 설명했다.
Shugoshin "자물쇠"는 또한 cohesin의 이 부착 지점에 정확히 결합하여 centromere의 고리가 열리지 않도록 한다. Rowland와 그의 팀이 cohesin fold 또는 shugoshin에 있는 대응물을 단지 몇 개의 아미노산으로 변경했을 때 이것은 시험 세포에 치명적인 결과를 가져왔다.
염색체가 올바르게 배열되지 않았고 유사분열이 완전히 실패했거나 염색체가 딸세포로 잘못 분할되었다.
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| ▲ 코헤신 고리(파란색)와 쇼구신 단백질(S)의 앙상블은 먼저 염색체의 팔을 함께 고정한 다음 중심체만 고정한다. 이것이 X 모양이 생성되는 방식이다. © García-Nieto et al./Nature Structural & Molecular Biology, CC-by 4.0 |
García-Nieto와 그의 동료들은 “우리는 처음으로 Cohesin과 Shugoshin 사이의 상호작용을 구조적으로 해독했다. 그들의 분석은 어떤 아미노산이 이 고정 메커니즘에서 자물쇠를 형성하고 따라서 중심체에서 염색체를 함께 고정하는지 보여준다. "정확한 시간과 장소에 코헤신을 고정함으로써 이 메커니즘은 우리 염색체의 모양을 결정한다"고 Rowland는 말했다.
홀딩 시스템은 다기능이다.
놀라운 점은, 거의 동일한 유지 메커니즘이 DNA 패키징의 다른 곳에서도 사용된다는 것이다. 게놈을 반복할 때 소위 CTCF 단백질은 DNA 접힘을 제어하기 위해 cohesin의 동일한 도킹 사이트를 사용하기 때문이다. "우리는 여기에서 보편적인 메커니즘을 발견한 것 같다"고 Rowland는 말한다. "복잡한 루프에 DNA를 놓거나 두 자매 염색 분체를 함께 유지하는지 여부에 관계없이 cohesin 복합체를 제어한다.“
따라서 진화 다양한 작업을 위해 셀에서 여러 번 사용되는 홀딩 시스템을 개발했다. 이것은 우리의 셀 기계를 특히 효율적이고 견고하게 만든다. "더 놀라운 것은 CTCF와 Shugoshin이 이 자물쇠를 사용하는 유일한 단백질이 아니라는 것이다"고 Rowland는 말했다. 과학자들이 발견한 것처럼 도킹 메커니즘은 DNA의 모양과 판독을 조절하는 다른 프로세스에서도 발생한다. "따라서 CTCF와 SGO1은 전체 빙산의 일각에 불과할 수 있다"고 팀은 말했다.
(Nature Structural & Molecular Biology, 2023; doi: 10.1038/s41594-023-00968-y)
출처: Netherlands Cancer Institute
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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