Cell綜述：SMC蛋白復合物

日期：2016-01-22 08:58:25

SMC蛋白是新近發現的一種重要的染色體非組蛋白，研究發現SMC蛋白在大多數生物中普遍存在，而且SMC蛋白在有絲分裂染色體集縮中起著非常重要的作用。最新一期（1月14日）Cell雜志特別介紹了這種蛋白復合物，介紹文章將分成兩部分進行，分別為SMC蛋白復合物I，以及SMC蛋白復合物II，具體介紹了它們在細胞周期的不同階段的作用。

一個成年認大概有500000億個細胞構成，每天有1%的細胞死亡并被細胞分裂形成的新細胞取代。為了確保細胞的存活和控制這些新細胞的生長，儲存在DNA分子中的遺傳信息必須被正確拷貝，然后精確地在細胞分裂過程中分配。而且，為了徹底保證新細胞含有與親代細胞相同的遺傳信息，對DNA的任何損傷都需要被修復。

癌細胞通常會出現染色體的異常，這與DNA的大量拷貝、分離或修復有關。了解維持基因組穩定性的正常機制使我們能夠更好地了解癌癥中到底是什么出了錯。

在真核生物細胞分裂過程中，染色體修復和分配的關鍵是三種相互聯系的蛋白質復合體：Cohesin, Condensin, 和染色體結構維持蛋白復合物（structural maintenance of chromosome，SMC）。

其中cohesin復合物能使DNA拷貝在一起并使它們不會過早地分離；condensin復合物則使染色體更緊湊，從而使分離過程更容易進行。而SMC5/6復合物能結合到被研究人員刻意損壞的DNA鏈位點上，這意味著它與修復過程有直接的關系。而且Smc5/6復合物似乎還是細胞分裂前解開未受損的染色體所必須的。

如果這種在DNA復制過程中形成的糾結不解開，那么染色體就不能被分離并達到兩個子細胞中。與修復過程中的情況相似，Smc5/6復合體能直接與DNA分子相互作用，從而解開這些纏繞。

近年來關于SMC的研究成果越來越多，比如來自瑞典卡羅琳學院的研究人員在釀酒酵母細胞上針對DNA復制過程進行了深入研究，他們發現Smc5/6蛋白質復合體在細胞分裂間期染色體復制過程中發揮了幫助釋放DNA分子生成的扭轉應力的重要作用。

在染色體的復制過程中，DNA雙鏈首先解開，形成復制叉，并以親代DNA為模板復制形成互補的DNA子鏈。由于復制叉前端區域的親代DNA分子常常會形成正超螺旋而產生扭轉應力。如果不消除這一應力，則可能導致DNA復制延遲或是終止，進而導致腫瘤發生或細胞死亡。在這個過程中，Smc5/6發揮了釋放扭轉應力的作用。

還有研究人員利用新型技術，揭示了細胞內的分子機器像攀巖者尋找搭手一樣抓住DNA來重塑遺傳物質的機制。

他們利用激光生成了接近單細胞的非常明亮的斑點。加上熒光標記，這一“聚光燈”使得研究人員有可能快速成像細胞的內部運作，從而觀察到存在DNA的情況下內部分子機器是如何改變大小、形狀和結構的，研究人員發現SMC與一個大家族分子的作用原理相似，這些分子充當小馬達發揮各種功能，運輸細胞內的重要物質使得肌肉收縮。

此外，SMC也參與了出版重編程過程：SMC1所支配的染色質內袢環（Intrachromosomal Looping）是細胞重編程過程中激活內源性多能基因的必要條件。

這一研究結果表明SMC1支配的染色質內袢環對激活內源性多能基因起重要作用，從而為我們揭示了體細胞重編程誘導多能性一個新的關鍵性的表觀遺傳路障。