Cohesin-Komplex

Der Cohesin-Komplex ist ein Chromosomen-assoziierter Proteinkomplex mit mehreren Untereinheiten, der in Eukaryonten hoch konserviert ist und in Bakterien enge Homologe hat. Cohesin vermittelt den Zusammenhalt zwischen replizierten Schwesterchromatiden und ist daher für die Chromosomentrennung in sich teilenden Zellen unerlässlich. Weiterhin ist Cohesin auch für die effiziente Reparatur geschädigter DNA erforderlich und hat wichtige Funktionen bei der Regulierung der Genexpression sowohl in proliferierenden als auch in post-mitotischen Zellen. Mutationen in den Proteinen, welche den Cohesinring bilden, sowie in den Proteinen, die für das Beladen der DNA mit dem Cohesinkomplex notwendig sind können Erkrankungen verursachen, die unter dem Begriff der „Cohesinopathien“ zusammengefasst werden (McNairn AJ et al. 2008). ZU den Cohesinopathien gehört das Cornelia-de-Lange-Syndrom.

Die Schwesterchromatiden der Chromosomen sind ab dem Moment ihrer Entstehung während der DNA-Replikation bis zur Zellteilung miteinander verbunden. Der Cohesin-Protein-Komplex  hält die beiden Schwesterchromatiden zusammen (K. Nasmyth et al. 2005). Hierbei bildet der Cohesin-Protein-Komplex eine Art Ring um den DNA-Strang herum (Haering CH et al. 2008).

Die Mikrotubuli sind ebenfalls über einen Proteinkomplex an den Chromosomen befestigt. Die Fixierung der Mikrotubuli an die Kinetochore wird durch spezielle Kontrollpunkt-Proteine überwacht.

Da die Schwesterchromatiden von Cohesinkomplexen umfasst sind, führt die korrekte bipolare Anheftung der Schwesterkinetochore an gegenüberliegende Spindelpole zu einer Art Tauziehen: die sich verkürzenden Mikrotubuli versuchen, die Kinetochore auseinanderzuziehen, während die Cohesinringe dies verhindern. Die daraus resultierende Zugspannung wird durch spezielle „überwachende“ Proteine gemessen. Kinetochore ohne angeheftete Mikrotubuli werden nachfolgend von den Kontrollpunkt-Proteinen erkannt; die Zellteilung wird arretiert und erst wieder freigegeben, wenn alle Chromosomen an Mikrotubuli angeheftet sind. Nachdem alle Schwesterchromatiden an den gegenüberliegenden Spindelpolen fixiert sind, wird der Kontrollpunkt inaktiviert.

Dieser Vorgang führt zur Aktivierung einer spezifischen Protease, der Separase. Die Separase löst in der Anaphase (Mitose) diese Cohesine wieder auf. Dadurch können die Schwesterchromatiden wiederum von den Spindelfasern zu den Zellpolen gezogen werden.

1. K. Nasmyth et al. (2005)  The structure and function of SMC and kleisin complexes. Annual Review of Biochemistry 74, 595-648
2. Haering CH et al. (2008) The cohesin ring concatenates sister DNA molecules. Nature 454: 297-301.
3. McNairn AJ et al. (2008) Cohesinopathies: One ring, many obligations. Mutation Research 647: 103-111