DNAループ押し出し凝縮複合体は、互いにトラバースすることができる

DNA-loop extruding condensin complexes can traverse one another.

• Eugene Kim
• Jacob Kerssemakers
• Indra A Shaltiel
• Christian H Haering
• Cees Dekker

抄録

コンデンシンは、染色体の構造を維持するタンパク質複合体（SMC）の主要な構成要素であり、DNAのループを押し出すモーターであることが最近明らかになってきた。しかし、コンデンシン複合体がどのようにしてDNAをまとめて染色体にパッケージングするのかについては、まだ明らかになっていない。本研究では、DNAループを押し出す酵母のコンデンシンの相互作用を、タイムラプスを用いた単一分子可視化法を用いて研究した。その結果、これらのモータータンパク質は、個々には一方向にしかDNAを押し出すことができないが、離れていても、お互いのDNAループの大きさを動的に変化させることができることがわかった。コンデンシン複合体が近接しているときには、コンデンシン複合体は互いにトラバースしてループ構造を形成することができ、私たちはこれをZループと呼んでいます。Zループは、一本のループが残した隙間を埋めることができ、DNAを両側から引き込む対称的な二量体モーターを形成することができます。これらの知見は、コンデンシンが様々なループ構造を利用して染色体の圧縮を実現している可能性を示唆している。

Condensin, a key component of the structure maintenance of chromosome (SMC) protein complexes, has recently been shown to be a motor that extrudes loops of DNA. It remains unclear, however, how condensin complexes work together to collectively package DNA into chromosomes. Here we use time-lapse single-molecule visualization to study mutual interactions between two DNA-loop-extruding yeast condensins. We find that these motor proteins, which, individually, extrude DNA in one direction only are able to dynamically change each other's DNA loop sizes, even when far apart. When they are in close proximity, condensin complexes are able to traverse each other and form a loop structure, which we term a Z-loop-three double-stranded DNA helices aligned in parallel with one condensin at each edge. Z-loops can fill gaps left by single loops and can form symmetric dimer motors that pull in DNA from both sides. These findings indicate that condensin may achieve chromosomal compaction using a variety of looping structures.