Cohesin
कोहेसिन एक प्रोटीन परिसर है जो बहन क्रोमैटिड सामंजस्य, समरूप पुनर्संयोजन और डी. एन. ए. लूपिंग में मध्यस्थता करता है। कोहेसिन एस. एम. सी. 3, एस. एम. सी. 1, एस. सी. सी. 1 और एस. सी. सी. 3 (मनुष्यों में एस. ए. 1 या एस. ए. 2) से बना है। कोहेसिन डीएनए प्रतिकृति के बाद बहन क्रोमैटिड्स को एनाफ़ेज़ तक एक साथ रखता है जब कोहेसिन को हटाने से बहन क्रोमैटिड्स अलग हो जाते हैं। परिसर एक वलय जैसी संरचना बनाता है और यह माना जाता है कि बहन क्रोमैटिड्स को कोहेसिन वलय के अंदर प्रवेश द्वारा एक साथ रखा जाता है। कोहेसिन प्रोटीन परिसरों के एस. एम. सी. परिवार का सदस्य है जिसमें कंडेनसिन, मुकबीईएफ और एस. एम. सी.-एस. सी. पी. ए. बी. शामिल हैं। 1997 में डगलस कोशलैंड और किम नैस्मिथ दोनों द्वारा उभरते खमीर (सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया) में कोहेसिन की अलग-अलग खोज की गई थी। संरचना कोहेसिन एक बहु-उपघटक प्रोटीन परिसर है, जो एस. एम. सी. 1, एस. एम. सी. 3, आर. ए. डी. 21 और एस. सी. सी. 3 (एस. ए. 1 या एस. ए. 2) से बना है। एस. एम. सी. 1 और एस. एम. सी. 3 गुणसूत्रों के संरचनात्मक रखरखाव (एस. एम. सी.) परिवार के सदस्य हैं। एस. एम. सी. प्रोटीन में दो मुख्य संरचनात्मक विशेषताएं होती हैंः ए. टी. पी.-बाइंडिंग कैसेट जैसा 'हेड' डोमेन जिसमें ए. टी. पी. एस. गतिविधि होती है (जो एन-और सी-टर्मिनलों की परस्पर क्रिया से बनती है) और एक काज डोमेन जो एस. एम. सी. के द्विमितीकरण की अनुमति देता है। हेड और हिंज डोमेन लंबे एंटी-पैरेलल कॉइल्ड कॉइल के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े होते हैं। डिमर एक वी-आकार के रूप में मौजूद होता है, जो टिका से जुड़ा होता है। आर. ए. डी. 21 के एन-टर्मिनल डोमेन में दो α-हेलिक्स होते हैं जो एस. एम. सी. 3 के कुंडलित कुंडल के साथ तीन हेलिक्स बंडल बनाते हैं। आर. ए. डी. 21 के मध्य क्षेत्र को काफी हद तक असंरचित माना जाता है, लेकिन इसमें कोहेसिन के नियामकों के लिए कई बाध्यकारी स्थल हैं। इसमें एस. ए. 1 या एस. ए. 2 के लिए एक बाध्यकारी स्थल, पृथक्करण दरार के लिए मान्यता रूपांकन और एक ऐसा क्षेत्र शामिल है जो पी. डी. एस. 5ए, पी. डी. एस. 5बी या एन. आई. पी. बी. एल. द्वारा प्रतिस्पर्धी रूप से बंधा हुआ है। आर. ए. डी. 21 का सी-टर्मिनल डोमेन एक पंखों वाला हेलिक्स बनाता है जो एस. एम. सी. 1 हेड डोमेन में दो β-शीट्स को बांधता है। एक बार जब आर. ए. डी. 21 एस. एम. सी. प्रोटीन को बांध देता है, तो एस. सी. सी. 3 आर. ए. डी. 21 के साथ भी जुड़ सकता है। जब आर. ए. डी. 21 एस. एम. सी. 1 और एस. एम. सी. 3 दोनों पर जुड़ता है, तो कोहेसिन कॉम्प्लेक्स एक बंद रिंग संरचना बनाता है। एस. एम. सी. उप-इकाइयों और आर. ए. डी. 21 के बीच इंटरफेस डीएनए को कोहेसिन रिंग के अंदर और बाहर जाने की अनुमति देने के लिए खुल सकते हैं। जबकि संरचनाएँ कई उप-इकाइयों और उनके इंटरफेस के लिए उपलब्ध हैं, पूरे कोहेसिन परिसर की संरचना को हल नहीं किया गया है। कोहेसिन की संरचना के बारे में हमारा ज्ञान काफी हद तक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी से आता है। इन अध्ययनों से कई संरचनाओं में कोहेसिन का पता चला है जिसमें वलय, लम्बी छड़ें और हाल ही में मुड़े हुए संरचनाएं शामिल हैं। यह ज्ञात नहीं है कि कोशिका के अंदर कौन सी संरचना प्रमुख है और क्या कुछ नमूना तैयार करने से प्रेरित होती हैं। कार्य कोहेसिन कॉम्प्लेक्स कई महत्वपूर्ण सेलुलर प्रक्रियाओं को नियंत्रित करता है, जैसे किः माइटोसिस और अर्धसूत्री विच्छेदन के दौरान सिस्टर क्रोमैटिड्स सामंजस्य। यह मेटाफ़ेज़ के दौरान बहन क्रोमैटिड्स को एक दूसरे से जोड़कर रखता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि कोशिका विभाजन के दौरान, प्रत्येक बहन क्रोमैटिड विपरीत ध्रुवों से अलग हो जाता है। कोहेसिन के बिना, कोशिका बहन क्रोमैटिड पृथक्करण को नियंत्रित करने में असमर्थ होगी क्योंकि यह सुनिश्चित करने का कोई तरीका नहीं होगा कि प्रत्येक बहन क्रोमैटिड पर संलग्न स्पिंडल फाइबर एक अलग ध्रुव से है या नहीं। अन्य प्रोटीन भी कोहेसिन के साथ मिलकर इस प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। ये स्तनधारी कोशिकाओं में पी. डी. एस. 5ए., पी. डी. एस. 5बी., एन. आई. पी. बी. एल. और ई. एस. सी. ओ. 1 हैं। माइटोसिस के दौरान द्विध्रुवी स्पिंडल उपकरण असेंबली। कोहेसिन गुणसूत्रों पर स्पिंडल माइक्रोट्यूबुल्स और सिस्टर काइनेटोकोर का लगाव सुनिश्चित करता है। यह दो स्पिंडल ध्रुवों की ओर सही बहनों क्रोमैटिड्स के पृथक्करण के साथ घनिष्ठ रूप से संबंधित है। इस प्रक्रिया में अनियमित होने से समय से पहले गुणसूत्र अलग हो जाते हैं और बहुध्रुवीय स्पिंडल बनते हैं। इस संयोजन प्रक्रिया में प्रोटीन शुगोशिन 1 (या एस. जी. ओ. 1), राय 1 और न्यूमा कोहेसिन के साथ जुड़े हुए हैं। डी. एन. ए. क्षति चौकी और मरम्मत। यह होमोलोगस पुनर्संयोजन के माध्यम से डीएनए में डबल-स्ट्रैंड ब्रेक की मरम्मत में भाग लेता है, जहां सिस्टर क्रोमैटिड का उपयोग अनुक्रम पुनर्निर्माण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में किया जाता है। हाल ही में कई अलग-अलग कोशिकीय प्रक्रियाओं में कोहेसिन के कई नए कार्यों की खोज की गई है। कोहेसिन को प्रतिलेखन विनियमन, डी. एन. ए. डबल स्ट्रैंड ब्रेक रिपेयर, गुणसूत्र संघनन, अर्धसूत्रीविच्छेदन I के दौरान समरूप गुणसूत्रों की जोड़ी, अर्धसूत्रीविच्छेदन I के दौरान बहन किनेटोकोर्स का मोनो-अभिविन्यास, गैर-समरूपी सेंट्रोमियर युग्मन, गुणसूत्र वास्तुकला और पुनर्विन्यास, डी. एन. ए. प्रतिकृति आदि के लिए जिम्मेदार दिखाया गया है। सिस्टर क्रोमैटिड सामंजस्य का विघटन सी. डी. सी. 20 (ए. पी. सी./सी-सी. डी. सी. 20) से जुड़े एनाफ़ेज़ संवर्धन परिसर प्रोटीजॉम द्वारा क्षरण के लिए सेक्युरिन (एनाफ़ेज़ अवरोधक) को चिह्नित करता है। एपीसी/सी-सीडीसी20 मध्यस्थ क्षरण के बाद, एनाफ़ेज़ में सेक्युरिन को अलग किया जाता है, और यह क्लेइसिन उप-इकाई को अलग करने के लिए अलग (एक प्रोटीज, सेक्युरिन के साथ जुड़ाव द्वारा बाधित) करता है। एक अल्फा-क्लेइसिन कोहेसिन कॉम्प्लेक्स से जुड़ा होता है, जो एस. एम. सी. 3 और एस. एम. सी. 1 दोनों को एक साथ जोड़ता है, सटीक क्लेइसिन के साथ माइटोसिस और अर्धसूत्रण (क्रमशः एस. सी. सी. 1 और आर. ई. सी. 8) के बीच भिन्न होता है, और इसकी दरार अंततः गुणसूत्रों से कोहेसिन को हटाने की ओर ले जाती है। बहन क्रोमैटिड्स सामंजस्य का विघटन एनाफ़ेज़ की शुरुआत को परिभाषित करता है, जो कोशिका के प्रत्येक ध्रुव (टेलोफ़ेज़) पर समान गुणसूत्रों के दो सेट स्थापित करता है। फिर दो बेटी कोशिकाएं अलग हो जाती हैं, और जी0 के चरण में प्रत्येक में कोशिका चक्र का एक नया दौर नए सिरे से शुरू होता है। जब कोशिकाएं विभाजित होने के लिए तैयार होती हैं, क्योंकि कोशिका का आकार काफी बड़ा होता है या क्योंकि वे उपयुक्त उत्तेजना प्राप्त करते हैं, तो वे कोशिका चक्र के जी1 चरण में प्रवेश करने के लिए तंत्र को सक्रिय करते हैं, और वे अपने सेंट्रोसोम सहित एस (संश्लेषण) चरण के दौरान अधिकांश ऑर्गेनेल की नकल करते हैं। इसलिए, जब कोशिका विभाजन प्रक्रिया समाप्त हो जाएगी, तो प्रत्येक बेटी कोशिका को ऑर्गेनेल का एक पूरा सेट प्राप्त होगा। उसी समय, एस चरण के दौरान सभी कोशिकाओं को अपने डी. एन. ए. को बहुत सटीक रूप से दोहराना चाहिए, एक प्रक्रिया जिसे डी. एन. ए. प्रतिकृति कहा जाता है। एक बार डी. एन. ए. प्रतिकृति समाप्त हो जाने के बाद, यूकेरियोट्स में डी. एन. ए. अणु को सघन और संघनित किया जाता है, माइटोटिक गुणसूत्र बनाने के लिए, प्रत्येक दो बहन क्रोमैटिड्स द्वारा गठित होता है, जो उनके बीच सामंजस्य की स्थापना से एक साथ रहता है; प्रत्येक क्रोमैटिड एक पूर्ण डी. एन. ए. अणु है, जो माइक्रोट्यूबुल्स के माध्यम से विभाजित कोशिका के दो सेंट्रोसोमों में से एक से जुड़ा होता है, जो कोशिका के विरोधी ध्रुवों पर स्थित होता है। समय से पहले बहन क्रोमैटिड के पृथक्करण से बचने के लिए, एपीसी/सी को विभिन्न अणुओं से बंधी एक निष्क्रिय स्थिति में बनाए रखा जाता है, जो एक जटिल तंत्र का हिस्सा हैं जिसे स्पिंडल असेंबली चेकप्वाइंट कहा जाता है। सिस्टर क्रोमैटिड सामंजस्य का तंत्र यह स्पष्ट नहीं है कि कोहेसिन रिंग सिस्टर क्रोमैटिड को एक साथ कैसे जोड़ती है। दो संभावित परिदृश्य हैंः कोहेसिन उप-इकाइयाँ प्रत्येक बहन क्रोमैटिड से जुड़ती हैं और दोनों के बीच एक सेतु बनाती हैं। चूँकि कोहेसिन में एक वलय संरचना होती है, इसलिए यह दोनों बहन क्रोमैटिड्स को घेरने में सक्षम है। वर्तमान साक्ष्य बताते हैं कि दूसरा परिदृश्य सबसे अधिक संभावना है। बहन क्रोमैटिड सामंजस्य के लिए आवश्यक प्रोटीन, जैसे कि एस. एम. सी. 3 और एस. सी. सी. 1, कोहेसिन और डी. एन. ए. के बीच सहसंयोजक बंधन के गठन को नियंत्रित नहीं करते हैं, जो दर्शाता है कि डी. एन. ए. अंतःक्रिया सामंजस्य के लिए पर्याप्त नहीं है। इसके अलावा, एस. एम. सी. 3 या एस. सी. सी. 1 के दरार के माध्यम से कोहेसिन की रिंग संरचना को बाधित करने से विवो में समय से पहले सिस्टर क्रोमैटिड पृथक्करण शुरू हो जाता है। इससे पता चलता है कि रिंग संरचना कोहेसिन के कार्य के लिए महत्वपूर्ण है। प्रारंभिक अध्ययनों ने विभिन्न तरीकों का सुझाव दिया जिसमें कोहेसिन डीएनए को फँसा सकता है, जिसमें एक मोनोमर के रूप में जो दोनों होमोलॉग को एक साथ रखता है, और एक "हैंड-कफ" मॉडल जहां दो आपस में जुड़े हुए कोहेसिन कॉम्प्लेक्स प्रत्येक में एक बहन क्रोमैटिड को पकड़ता है। जबकि कुछ अध्ययन एक हाथ-कफ मॉडल के विचार का समर्थन करते हैं, मॉडल कई प्रयोगात्मक टिप्पणियों के साथ असंगत है, और आमतौर पर क्रोमैटिन को एक मोनोमर के रूप में फंसाने के लिए माना जाता है। भले ही रिंग परिकल्पना वैध प्रतीत होती है, फिर भी बहन क्रोमैटिड्स को एक साथ रखने के लिए आवश्यक रिंगों की संख्या के बारे में सवाल हैं। एक संभावना यह है कि एक वलय दो क्रोमैटिड्स को घेरता है। एक अन्य संभावना में एक डिमर का निर्माण शामिल है जहां प्रत्येक रिंग एक बहन क्रोमैटिड को घेरती है। दोनों वलय एक पुल के निर्माण के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े हुए हैं जो दो बहन क्रोमैटिड्स को एक साथ रखता है। इन उप-इकाइयों की स्थलविज्ञान और संरचना को उभरते हुए खमीर में सबसे अच्छी तरह से चित्रित किया गया है, लेकिन इन प्रोटीनों के अनुक्रम संरक्षण और जैव रासायनिक और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म प्रेक्षणों से पता चलता है कि अन्य प्रजातियों में कोहेसिन परिसर उनकी संरचना में बहुत समान हैं। एस-चरण के प्रारंभिक चरणों के दौरान कोहेसिन कॉम्प्लेक्स स्थापित किया जाता है। डी. एन. ए. प्रतिकृति बनने से पहले संकुल गुणसूत्रों के साथ जुड़ जाते हैं। एक बार जब कोशिकाएं अपने डीएनए की प्रतिकृति बनाना शुरू कर देती हैं, तो कोहेसिन रिंग्स बंद हो जाते हैं और बहन क्रोमैटिड्स को एक साथ जोड़ते हैं। सामंजस्य होने के लिए एस-चरण के दौरान कोहेसिन कॉम्प्लेक्स मौजूद होना चाहिए। हालाँकि, यह स्पष्ट नहीं है कि जी1 के दौरान गुणसूत्रों पर कोहेसिन कैसे लोड होता है। अब तक दो प्रस्तावित परिकल्पनाएँ हैंः एस. एम. सी. प्रोटीन का ए. टी. पीज़ क्षेत्र डी. एन. ए. के साथ अंतःक्रिया करता है और यह अंतःक्रिया शुरू में गुणसूत्रों पर कोहेसिन परिसरों के भारण में मध्यस्थता करती है। कई प्रोटीन लोडिंग प्रक्रिया में सहायता करते हैं। उदाहरण के लिए, एस. सी. सी. 2 और एस. सी. सी. 4 दोनों को कोहेसिन को उभरते खमीर में लोड करने के लिए आवश्यक हैं। गुणसूत्र डी. एन. ए. के साथ बंधन कोहेसिन रिंग्स का स्थानीयकरण गतिशील माना जाता है और जीन प्रतिलेखन, विशिष्ट डी. एन. ए. अनुक्रम और गुणसूत्र से जुड़े प्रोटीन की उपस्थिति के आधार पर इसका स्थान बदलता है। तीन संभावित परिदृश्य हैंः कोहेसिन का स्थान पड़ोसी जीन के अभिविन्यास से प्रभावित होता है और यह अक्सर अभिसारी प्रतिलेखन के क्षेत्रों में स्थित होता है। जीन अभिविन्यास प्रतिलेखन की दिशा पर निर्भर करता है और तीन प्रकार के हो सकते हैंः सिर से सिर, सिर से पूंछ और पूंछ से पूंछ। टेल-टू-टेल विन्यास के परिणामस्वरूप प्रतिलेखन मशीनरी का अभिसरण होता है। एक परिकल्पना में कहा गया है कि आर. एन. ए. पोलीमरेज़ डी. एन. ए. के साथ कोहेसिन को "धक्का" देता है, जिससे वे आर. एन. ए. पोलीमरेज़ की दिशा की ओर बढ़ते हैं। जीन के प्रतिलेखन पैटर्न को बदलने से कोहेसिन का स्थान बदल जाता है जो दर्शाता है कि कोहेसिन का स्थानीयकरण प्रतिलेखन पर निर्भर हो सकता है। एक अन्य मॉडल में, क्रोमैटिन लूप एक्सट्रूज़न को प्रतिलेखन उत्पन्न सुपरकॉइलिंग द्वारा धक्का दिया जाता है जो यह भी सुनिश्चित करता है कि कोहेसिन जल्दी से स्थानांतरित हो जाता है और लूप उचित गति के साथ और अच्छी दिशा में बढ़ते हैं। इसके अलावा, सुपरकॉयलिंग-संचालित लूप एक्सट्रूज़न तंत्र पहले के स्पष्टीकरणों के अनुरूप है कि क्यों अभिसारी सी. टी. सी. एफ. बाइंडिंग साइटों द्वारा फ़्लैंक किए गए टोपोलॉजिकल रूप से एसोसिएटिंग डोमेन (टी. ए. डी.) अलग-अलग सी. टी. सी. एफ. बाइंडिंग साइटों द्वारा फ़्लैंक किए गए टी. ए. डी. की तुलना में अधिक स्थिर क्रोमैटिन लूप बनाते हैं। इस मॉडल में, सुपरकॉयलिंग बढ़ाने वाले प्रवर्तक संपर्कों को भी उत्तेजित करता है और यह प्रस्तावित किया जाता है कि ईआरएनए का प्रतिलेखन सुपरकॉयलिंग की पहली लहर भेजता है जो किसी दिए गए टीएडी में एमआरएनए प्रतिलेखन को सक्रिय कर सकता है। कुछ कोहेसिन रिंग गुणसूत्र बाहों में पाए जाते हैं जिनमें एटी-समृद्ध डीएनए अनुक्रम होते हैं जो दर्शाते हैं कि डीएनए अनुक्रम कोहेसिन बंधन का एक स्वतंत्र कारक हो सकता है। कोहेसिन रिंग्स, विशेष रूप से उभरते खमीर में, सेंट्रोमियर के आसपास के क्षेत्र में भी स्थित हैं। दो परिकल्पनाएँ इसकी व्याख्या कर सकती हैंः सेंट्रोमेरेस में दोहराए जाने वाले विषमवर्णी डीएनए की उपस्थिति और गुणसूत्र से जुड़े प्रोटीन की उपस्थिति। उदाहरण के लिए, स्किज़ोसेकेरोमाइसेस पोम्बे में विशिष्ट विषमवर्णी डीएनए की कई प्रतियां होती हैं जिनकी सामंजस्य बंधन में भागीदारी साबित हुई है। उभरते हुए खमीर में दोहराव वाले अनुक्रमों का अभाव होता है और इसलिए, सामंजस्य बंधन के लिए एक अलग तंत्र की आवश्यकता होती है। साक्ष्य बताते हैं कि उभरते खमीर सेंट्रोमियर क्षेत्र के लिए कोहेसिन का बंधन काइनेटोकोर के गुणसूत्र से जुड़े प्रोटीन पर निर्भर करता है जो पेरीसेन्ट्रिक क्षेत्रों के लिए सामंजस्य संबंध में मध्यस्थता करता है (काइनेटोकोर पेरीसेन्ट्रिक कोहेसिन बंधन का एक वर्धक है)। कोहेसिन और सी. टी. सी. एफ. कई क्रोमैटिन लूप तथाकथित लूप एक्सट्रूज़न तंत्र द्वारा बनाए जाते हैं, जब कोहेसिन रिंग दो डी. एन. ए. डबल हेलिक्स के साथ सक्रिय रूप से चलती है, उनमें से एक को दूसरे के संबंध में स्थानांतरित करती है। इस प्रकार, लूप छोटा या बड़ा हो सकता है। लूप एक्सट्रूज़न प्रक्रिया तब रुक जाती है जब कोहेसिन वास्तुशिल्प क्रोमैटिन प्रोटीन सीटीसीएफ का सामना करता है। कोहेसिन को रोकने के लिए सी. टी. सी. एफ. स्थल को उचित अभिविन्यास में होना चाहिए। अर्धसूत्री विभक्ति कोहेसिन प्रोटीन एस. एम. सी. 1β, एस. एम. सी. 3, आर. ई. सी. 8 और एस. टी. ए. जी. 3 मानव अंडकोशिकाओं में अर्धसूत्री प्रक्रिया के दौरान बहन क्रोमैटिड्स के सामंजस्य में भाग लेते दिखाई देते हैं। एस. एम. सी. 1β, आर. ई. सी. 8 और एस. टी. ए. जी. 3 प्रोटीन अर्धसूत्रण विशिष्ट कोहेसिन हैं। महिला अर्धसूत्रीविच्छेदन के लिए एसटीएजी3 प्रोटीन आवश्यक प्रतीत होता है। स्टैग3 जीन में एक सजातीय फ्रेमशिफ्ट उत्परिवर्तन की पहचान समय से पहले डिम्बग्रंथि की विफलता के साथ एक बड़े रक्त-संयोजक परिवार में की गई थी। इसके अलावा, एस. टी. ए. जी. 3 की कमी वाली मादा चूहे जीवाणुरहित होती हैं, और उनके भ्रूण अंडकोशिकाएं प्रारंभिक चरण 1 में गिरफ्तार हो जाती हैं। विकास कोहेसिन संरचना और कार्य को विकास में संरक्षित किया गया है। एस. एम. सी. प्रोटीन प्रोकैरियोट्स में पाए जाते हैं और विकास के माध्यम से संरक्षित किए गए हैं। एस. एम. सी. 1 और एस. एम. सी. 3 की कुंडलियाँ 0.5% से कम के एमिनो एसिड विचलन के साथ संरक्षित हैं। नैदानिक महत्व "कोहेसिनोपैथी" शब्द का उपयोग कोहेसिन कॉम्प्लेक्स को प्रभावित करने वाली स्थितियों का वर्णन करने के लिए किया गया है। इन स्थितियों में शामिल हैंः कॉर्नेलिया डी लैंग सिंड्रोम रॉबर्ट्स सिंड्रोम वारसॉ टूटने का सिंड्रोम कई प्रकार की घातकताएँ भी देखें कंडेनसिन एस. एम. सी. प्रोटीन स्थापना बहन क्रोमैटिड सामंजस्य संदर्भ आगे पढ़ने के लिए बाहरी लिंक माइटोसिस प्रोटीन परमाणु संगठन