코헤신

감수분열과 유사분열이 일어나는 동안 코헤신은 자매 염색분체의 형성과 분리를 조절하는 단백질 복합체이다. 코헤신은 DNA 복제 후에 생성된 한 쌍의 자매 염색분체를 연결시키는 중요한 역할을 하고 세포분열의 후기에서 제거되면 자매 염색분체 한 쌍의 분리가 시작된다.

목차

코헤신은 SMC 계열의 2 가지 소단위체와 SCC 계열의 2 가지 소단위체로 이루어진 단백질 복합체이다.

코헤신 단위체 SMC (Structural Maintenance of Chromosomes)

SMC 계열에 속하는 아형 단백질 중에 Smc1과 Smc3이 코헤신의 소단위체로 구조를 형성한다. SMC 단백질은 ATP 분해효소 활성을 갖는 ATP-결합 도메인과 SMC의 이량화를 중재하는 경첩 도메인을 갖고 있다. 경첩 도메인으로 연결된 이량체는 V자 형태로 형성하고 ATP와 결합하여 이량체의 머리 도메인 두 개가 서로 결합하여 고리 구조를 형성하는 한편, ATP가 가수 분해되면 고리 구조가 해체된다. 따라서 ATP의 결합 또는 가수 분해에 따라 고리구조를 형성한 Smc1-Smc3 이량체는 핸드커프와 같이 '열림' 또는 '닫힘' 구조를 갖는다 (그림 1).

SCC

코헤신의 두 번째 구성 단백질은 SCC 계열에 속하는 Scc1과 Scc3이다. Scc1은 Smc1와 Smc3의 ATP 가수분해 도메인과 동시에 결합하여 고리 구조를 형성한 후, Scc3가 Scc1의 C-말단과 결합함으로써 고리의 구조를 완성한다.

코헤신 복합체

코헤신 고리가 자매 염색분체를 연결하는 분자적 기전에 대하여 두 가지 가설이 제기되어 왔다. 하나는 코헤신 소단위체가 각각의 자매 염색분체와 결합한 다음 자매염색분체 한 쌍을 연결하는 것이다. 다른 하나는 코헤신이 고리 구조를 이루어 자매 염색분체 한 쌍을 묶는 것이다. 고리 모양의 코헤신이 한 쌍의 자매염색체를 묶는 기전이 더 많은 지지를 받고 있으며, 그 형성 과정에 관한 두 가지 모델이 있다.

단량체 모델 및 수갑 모델

코헤신 단위체 하나가 단량체로서 한 쌍의 자매 염색체를 묶은 다음 다른 단위체와 결합하여 고리를 형성함으로써 한 쌍의 자매 염색분채를 고리 안에 두는 것이 ’단량체 모델‘이다. 반면에 두 개의 코헤신이 수갑 모양을 형성한 다음에 자매 염색체 한 쌍을 묶는 것이 ’수갑 모델‘이다. 최근의 연구 결과는 단량체 모델을 지지하고 있다.

코헤신-자매 염색분체 형성

코헤신 복합체는 세포분열 주기의 S 단계 초기에서 형성되어, DNA 복제가 시작되기 전에 염색체와 이미 결합하고 있다. DNA 복제가 시작되면 코헤신의 고리가 닫힘으로써 DNA 복제에서 생성된 자매 염색분체 한 쌍이 코헤신 고리 안에서 연결되는 것으로 추측된다(그림 2).

코헤신의 고리 구조를 망가뜨리는 돌연변이가 생기면 자매염색분체의 분리가 불완전하게 일어나는 것으로 보아 코헤신의 고리 구조의 형성은 자매염색분체의 짝짓기와 분리에 핵심적인 역할을 하는 것으로 여겨진다.

자매 염색분체-코헤신 해체

세포 주기의 M기 후기에 접어들면, M기 후기 특이적 단백질이 순서대로 활성화되어 자매 염색분체 쌍을 분리시킨다. 첫째, 후기촉진복합체 (anaphase promoting complex; APC)가 세포주기-의존형 사이클린20 (Cdc20)과 결합하여 자매 염색분체 한 쌍을 묶고 있는 세큐린 (securin) 단백질을 잘라낸다. 세큐린이 분해되면서 세큐린과 결합했던 세파라제 (separase)가 활성화된다. 세파라제는 코헤신 복합체와 결합하고 있는 클레이신 (kleisin) 단백질을 잘라낸다. 드디어 코헤신 복합체가 자매염색분체에서 떨어져 나온다.

자매염색분체의 짝짓기 및 분리

코헤신은 유사분열의 중기에서 자매 염색분체를 서로 연결하여 연결된 상태를 유지하는 역할을 한다. 코헤신은 반대 극점에서 유래한 방추사 섬유가 각각의 자매 염색분체에 결합하는 과정을 중재함으로써 정확한 자매 염색분체의 쌍을 만들어서 이들의 정상적인 분리를 주도한다.

상동 염색체의 짝짓기

코헤신은 감수 분열 1 단계에서 상동 염색체 끼리 짝짓는 과정을 완성한 다음, 자매 염색분체 한 쌍이 동일한 방향으로 이동시켜 배치하는 것을 결정한다.

기타

이 밖에도 코헤신은 DNA 재조합을 통하여 DNA회복을 조절하고, DNA 복제와 염색체의 재배치에도 관여할 뿐만 아니라, 유전자 전사의 조절에 이르기 까지 폭 넓은 생물학적 기능을 구사한다.

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