CohesinKomplexe

Cohesin-Komplexe sind essenzielle Multiprotein-Ringe, die auf Chromosomen wirken und die Schwesterchromatiden nach der Replikation zusammenhalten. Sie verhindern vorzeitige Trennung der Chromatiden und tragen damit zur genetischen Stabilität während der Mitose bei. Neben der Kohäsion erfüllen Cohesin-Komplexe auch Funktionen in der Organisation der Chromatinarchitektur und der DNA-Reparatur.

Struktur und Bestandteile

Der Kernkomplex besteht aus zwei SMC-Proteinen (SMC1 und SMC3), einem Kernuntereinheit RAD21/SCC1, sowie einer SA- Untereinheit (STAG1 oder STAG2, entsprechend SA1/SA2). Zusätzlich assoziierte Proteine wie SCC3 (in Menschen STAG1/2) modifizieren Bindung und Funktion. Ein Loader-Komplex, z. B. Scc2/Scc4 (NIPBL/MAU2 beim Menschen), lädt Cohesin auf DNA. Der Ringmechanismus ermöglicht es Cohesin, DNA zu umschließen und die Schwesterchromatiden topologisch zu vernetzen.

Funktion und Mechanismus

Cohesin kommt während der S-Phase zum Einsatz, um die wachsenden Schwesterchromatiden zu cohesivieren. Es spielt auch eine Rolle bei der Reparatur von Doppelstrangbrüchen durch Bereitstellung einer Schwesterchromatide als Template. Zur Chromatinorganisation tragen Cohesin-Ringe durch Loop-Extrusion zur Bildung von Topologically Associated Domains (TADs) und zur Regulation von Genexpression bei. Die Freigabe der Cohesin-Ringe erfolgt reguliert durch Proteine wie WAPL und PDS5, und die Stabilisierung erfolgt teilweise durch Acetylierung der SMC3 (ESCO1/ESCO2).

Regulation und Bedeutung

Die Aktivität von Cohesin wird durch Phosphorylierung (CDK1, PLK1) sowie durch Lade- und Freigabefaktoren gesteuert. Mutationen in Cohesin-Komponenten oder ihren Regulatoren führen zu Kohäsionsdefekten und Cohesinopathien, darunter das Cornelia-de-Lange-Syndrom. Cohesin-Mutationen treten auch in verschiedenen Krebserkrankungen auf.

Vorkommen und Bedeutung

Cohesin-Komplexe sind in Eukaryoten konserviert und unverzichtbar für korrekte Zellteilung, Genomstabilität und regulate Chromatinorganisation. Ihre Funktion erstreckt sich über Kernprozesse der Zellbiologie bis hin zur Genexpression.