Organizacin de los cromosomas Condensina mediada y la regulacin de genesEn muchos organismos destino sexual est determinada por un mtodo basado en el cromosoma que implica una diferencia en el sexo dosis de genes ligado al cromosoma. En consecuencia, un mecanismo de regulacin de genes llamada compensacin de dosis iguala la expresin gentica ligada al cromosoma X entre los sexos. Dosis de compensacin inicia como clulas transicin de la pluripotencia de diferenciacin. En Caenorhabditis elegans, la compensacin de dosis se logra por el complejo de compensacin de la dosis (DCC) la unin a los dos cromosomas X en hermafroditas regular a la baja la expresin gnica mediante doble. El DCC contiene una subcomplejo (Condensina IDC) similar a los complejos condensina evolutivamente conservados que desempean un papel fundamental en la dinmica de los cromosomas durante la mitosis. Por lo tanto, los mecanismos relacionados con la condensacin cromosoma mittico son la hiptesis de mediar compensacin de dosis. Consistente con esta hiptesis, monometilacin de la lisina 20 de la histona H4 se incrementa, mientras que la acetilacin de la histona H4 lisina 16 se reduce, tanto en los cromosomas mitticos y de la dosis interfase compensadas cromosomas X en gusanos. Estas observaciones sugieren que la interfase de dosificacin compensadas cromosomas X mantienen algunas caractersticas asociadas con el cromosoma mittico condensada. Este estado cromosoma se propaga de manera estable de una generacin celular a la siguiente. En esta revisin vamos a especular sobre cmo las actividades bioqumicas de Condensina pueden lograr tanto mittico cromosoma compactacin y la represin de genes.IntroduccinDosis de compensacin se produce en muchas especies con una diferencia en el nmero de cromosomas sexuales entre varones (XY o XO) y hembras (XX). Este mecanismo iguala la expresin gnica entre los sexos y saldos X y la expresin del gen autosmico (Ohno, 1967). La interrupcin de la dosis de compensacin conduce a la letalidad en el sexo afectado. Los mamferos, moscas y gusanos tienen estrategias de compensacin de dosis distintas. La mosca Drosophila melanogaster, upregulates el macho X doble equilibrar X, y la expresin autosmica e igualar macho a la expresin de genes ligada al cromosoma X femenino (Conrad y Akhtar, 2011; Ferrari et al, 2014).. Por el contrario, los mamferos y el nematodo, Caenorhabditis elegans, son la hiptesis de regular positivamente la expresin del cromosoma X en ambos sexos (Gupta et al, 2006;. Lin et al., 2007; Deng et al, 2011, 2013;.. Lin et al, 2011). Este saldos upregulation X X masculino y expresin autosmica, pero hace que X sobreexpresin en hembras / hermafroditas. Por lo tanto, para compensar esta sobreexpresin, mamferos inactivan una X en las hembras XX (Heard y Disteche, 2006; Payer y Lee, 2008; Barakat y Gribnau, 2012), mientras que C. elegans downregulates ambos cromosomas X del doble en los hermafroditas XX (Csankovszki et al, 2009b;. Meyer, 2010).En C. elegans, la represin de la expresin gnica se consigue por el complejo de compensacin de la dosis (DCC), que se une al Xs en hermafroditas regular a la baja la expresin gnica por medio. El DCC contiene cinco protenas asociadas y un subcomplex, condensina IDC, que es similar a los complejos evolutivamente conservadas condensina que promuevan la condensacin de cromosomas (Csankovszki et al., 2009a). Esta revisin se centra en el conocimiento actual de las funciones biolgicas condensinas y mecanismos moleculares que les permiten lograr tanto mittico cromosoma compactacin y la represin de genes.

Condensina ComplejosComplejos Condensina estn muy conservadas cinco complejos esenciales para el cromosoma compactacin y la segregacin en la mitosis y la meiosis (Hirano, 2012) de subunidades. Mientras que la levadura tiene un complejo, eucariotas superiores tener dos, condensinas I y II. Se componen de un par de SMC2 y SMC4 subunidades pertenecientes a la SMC (mantenimiento estructural de los cromosomas) de la familia de ATPasas cromosmicas y tres CAP nica (polipptido cromosoma-asociado) protenas. Condensina I contiene CAP-D2, CAP-G, y CAP-H, mientras Condensina II contiene CAP-D3, CAP-G2, y CAP-H2 (Ono et al, 2003, 2004;. Hirota et al., 2004). Excepcionalmente, C. elegans tiene tres complejos condensina, condensinas I, II, y un complejo adicional, Condensina IDC, lo que contribuye exclusivamente a dosificacin de compensacin (Chuang et al., 1994; Lieb et al, 1996, 1998;. Tsai et al. 2008; Csankovszki et al, 2009a;. Figura 1). Curiosamente, Condensina IDC difiere del complejo Condensina yo por una sola subunidad: DPY-27 sustituye SMC-4 (Csankovszki et al, 2009a; Mets y Meyer, 2009.). A diferencia condensinas I y II, que compacta y segregan a todos mittico y meiticas cromosomas, Condensina IDC es-X especfico que resulta en la represin de genes en los hermafroditas. Debido a la similitud de Condensina I y IDC, mecanismos similares a largo han sido la hiptesis de mediar cromosoma compactacin y compensacin de la dosis (Chuang et al., 1994). En esta revisin se discuten los defectos mittico / meiticas y en interfase causados por Condensina mutaciones o cadas. Debido Condensina se agota todo el ciclo celular en estos experimentos, es que es difcil diferenciar entre las funciones mitticas y en interfase de condensinas. Los efectos de las actividades de Condensina en la mitosis pueden persistir en interfase y viceversa.

Defectos Mitticos y meiticos en Condensina mutantes o DerribosEn eucariotas superiores condensinas I y II tienen diferentes patrones de localizacin espacial y temporal. Condensina I es citoplasmtica en interfase y accesos cromosomas slo despus de la envoltura nuclear desglose (NEBD) en prometafase, mientras Condensina II es predominantemente nuclear y se une cromosomas tan pronto como comienza la condensacin en la profase (Hirano y Mitchison, 1994; Ono et al., 2004; Gerlich et al, 2006;.. Collette et al, 2011; Shintomi y Hirano, 2011). Esto sugiere que puede ocurrir la condensacin de cromosomas en-dos pasos, primero con Condensina II en la profase y luego con Condensina I despus de NEBD. Una excepcin son las clulas madre embrionarias de ratn, donde Condensina I es nuclear durante la interfase (Fazzio y Panormica, 2010). Adems, la localizacin global y regional de condensinas I y II en los cromosomas mitticos son diferentes. En los organismos monocntricas, condensinas I y II tienen distribuciones que no se solapan en el eje de cada brazo-hermana cromtidas, con Condensina II enriquecido en los centrmeros (Ono et al, 2003, 2004;.. Hirota et al, 2004). Tambin se encontraron diferencias similares en C. elegans, un organismo holocentric, en los que los sitios de unin de microtbulos estn dispersos a lo largo de toda la longitud de los cromosomas. En C. elegans, asociados condensina I con cromosomas mitticos en un patrn discontinuo difusa, mientras Condensina II se enriquece en centromeres (Csankovszki et al, 2009a;.. Collette et al, 2011). Las diferencias en la dinmica espacial y temporal de condensinas I y II tambin estn presentes durante la meiosis (Collette et al, 2011;.. Lee et al, 2011) Estudios recientes explor la distribucin de todo el genoma de los complejos condensina en alta resolucin. Estos estudios han descubierto dos sitios de unin nicos y similares de condensinas I y II (Kim et al, 2013;.. Kranz et al, 2013; Van Bortle et al, 2014)..Aunque los dos condensinas mitticas son estructuralmente similares, esta diferencia en la localizacin sugiere que pueden desempear distintas funciones en el cromosoma organizacin. De acuerdo con esta idea, el agotamiento de Condensina I o II sola, resulta en defectos cromosmicos distintos, mientras que el agotamiento de ambos condensinas conduce a defectos ms graves (Ono et al, 2003, 2004;.. Hirota et al, 2004). Condensina me facilita la compactacin lateral de cromosomas mitticos, mientras Condensina II contribuye principalmente a axial compactacin (Ono et al., 2003;. Hirota et al, 2004; Shintomi y Hirano, 2011; Green et al, 2012).. Los roles de los dos condensinas juegan en la mitosis vara entre las diferentes especies eucariotas. Por ejemplo, en Xenopus laevis, S. pombe y S. cerevisiae, se requiere Condensina para la condensacin del cromosoma mittico y la estabilidad mecnica (Hirano y Mitchison, 1994;. Hirano et al, 1997; Sutani et al., 1999; Freeman et al ., 2000; Gerlich et al, 2006).. Condensinas tambin juegan un papel crtico en la compactacin de los cromosomas meiticos y segregacin (Chan et al., 2004;. Lee et al, 2011). Durante C. elegans meiosis, el agotamiento de Condensina I o II conduce a una expansin del eje de cromosomas (Mets y Meyer, 2009). Un estudio que utiliza extractos de huevos de Xenopus laevis mostr que un determinante crtico de la forma cromtida es la proporcin relativa de condensinas I y II (Shintomi y Hirano, 2011). En otros organismos, tales como mamferos y gusanos, Condensina II juega un papel primordial en la profase de condensacin (Hagstrom et al., 2002; Hirota et al., 2004; Csankovszki et al, 2009a.). Curiosamente, cuando ambos condensinas se agotan en Drosophila, gusanos, mamferos, y clulas DT40 de pollo, el defecto primario parece ser la anafase de puente de la cromatina, en lugar de la condensacin de cromosomas (Hirano, 2012). Esto sugiere que otros factores pueden contribuir a la condensacin del cromosoma mittico adems de Condensina.Defectos en interfase en Condensina mutantes o DerribosLa evidencia emergente sugiere que los complejos de condensina tambin contribuyen a una variedad de funciones de interfase. Se cree que Condensina II, en lugar de Condensina I, juega un papel primordial en la interfase, ya que en Condensina II es nuclear en todo el ciclo celular, mientras que Condensina I es citoplsmica en interfase (Hirota et al, 2004;.. Ono et al, 2004; Gerlich et al, 2006;.. Collette et al, 2011; Shintomi y Hirano, 2011). En clulas de la enfermera de ovario de Drosophila, Condensina II desmonta cromosomas politnicos en cromosomas homlogos apareados. Esta actividad unpairing conduce a la interfase cromosoma compactacin (Hartl et al, 2008a, b;. Joyce et al, 2012).. En lneas celulares de Drosophila, Condensina mediada interfase condensacin se limita normalmente por la ubiquitina ligasa SCFSlimb. La subunidad Condensina II CAP-H2 es un objetivo Slimb para la degradacin mediada por ubiquitina. La degradacin de los PAC-H2 inactiva Condensina II, lo que impide la reorganizacin de la cromatina interfase. La inhibicin de la SCFSlimb conduce a Cap-H2 estabilizacin, lo que resulta en el cromosoma unpairing y anormalidades estructurales nucleares (Buster et al., 2013). Esto sugiere que en la interfase, la actividad Condensina II se suprime con el fin de evitar la condensacin de los cromosomas y cambios en la organizacin nuclear. Adems, Condensina II tambin regula la formacin de territorio cromosoma en mltiples tipos de clulas. Esta conclusin se basa en el hallazgo de que la PAC-H2 promueve compresin axial y la compartimentacin adecuada del ncleo en interfase en territorios cromosmicos en ambas clulas de la enfermera y de las glndulas salivales (Bauer et al., 2012). Estos hallazgos sugieren que la funcin de interfase de Condensina II es similar a su papel en la compactacin axial de los cromosomas mitticos.

Subunidades Condensina tambin juegan un papel en la regulacin de clulas de tipo expresin de genes especficos. En ratones, se requiere el cromosoma compactacin por Condensina II para el desarrollo de clulas T y mantenimiento del estado de reposo. Las mutaciones en la subunidad kleisin- Condensina II (CAP-H2) de plomo para abrir la configuracin de la cromatina y la regulacin positiva de genes normalmente silenciadas. Despus de la activacin de clulas T, decondenses de la cromatina y la transcripcin est regulada positivamente (Rawlings et al., 2011). Del mismo modo, murino CAP-G2 reprime la transcripcin durante la diferenciacin de clulas eritroides. Durante la maduracin de clulas eritroides ncleos se condensan gradualmente, mediada por Condensina (Xu et al., 2006). Tambin se requiere Condensina de orden superior compactacin de la cromatina y la viabilidad en clulas madre embrionarias. (Fazzio y Panormica, 2010).Condensina levadura tambin se ha demostrado que desempean un papel en la organizacin de la cromatina interfase y transcrito-III de la ARN polimerasa la agrupacin de genes. En la levadura en ciernes y la fisin, la organizacin tridimensional del genoma es facilitada en parte por la localizacin Condensina mediada por RNA-polimerasa III genes dentro del ncleo (Iwasaki et al., 2010). En la levadura en ciernes, tRNA genes se agrupan en el nuclolo de manera Condensina-dependiente. Las mutaciones en las subunidades de condensina levadura causan defectos de posicionamiento gen tRNA e inhiben parcialmente tRNA silenciamiento gnico mediado por (Haeusler et al., 2008), que ilustra otra conexin entre la organizacin del genoma Condensina mediada y la expresin gnica.En los ejemplos anteriores, ya sea Condensina afectado a todo el genoma, o un subconjunto de genes dispersos en diferentes cromosomas. Por el contrario, en C. elegans, Condensina IDC causa cambios especficos del cromosoma. En consonancia con un papel en la condensacin de los cromosomas, C. elegans Condensina IDC media compactacin de dosificacin compensada cromosomas X en la interfase. Cromosomas X con destino a IDC Condensina son ms compactos de lo esperado por el contenido de ADN, mientras que las mutaciones o disminuciones de Condensina IDC resultado en descompactacin de los territorios del cromosoma X (Lau et al., 2014). Estos resultados son consistentes con el modelo de que la reduccin de la expresin del gen ligado al cromosoma X se produce como resultado de Condensina cambios mediados por IDC en la estructura de la cromatina. Sin embargo, si esta condensacin es una causa o consecuencia de la represin de la transcripcin es desconocida.Condensina y cromatina mediada Cromosoma Compactacin Adems de condensacin Condensina mediada, modificaciones de las histonas tambin influyen en la compactacin de la cromatina durante la mitosis y la estructura de C. elegans de dosificacin compensada cromosomas X. La similitud de la cromatina modificaciones entre el cromosoma mittico y dosificacin compensada cromosomas X de C. elegans es consistente con cromosoma X represin est mediada por mecanismos similares a mittico condensacin de los cromosomas. En ambos cromosomas mitticos y de interfase de dosificacin compensada cromosomas X monometilacin de la lisina 20 de la histona H4 (H4K20) se incrementa mientras que la acetilacin de la histona H4 lisina 16 (H4K16) disminuye (Figura 2; Rice et al, 2002;.. Oda et al, 2009 ; Vielle et al, 2012;.. Wells et al, 2012;. Wilkins et al, 2014). Durante la progresin del ciclo celular los niveles tanto de la metiltransferasa H4K20, PR-SET-7, y aumento H4K20me1 en G2, siguen siendo altos en la mitosis, y disminucin de la G1 (Rice et al., 2002;. Oda et al, 2009). Adems, el agotamiento de los PR-SET-7 conduce a defectos del ciclo celular y de mitosis e interfase cromosoma decondensacin (Oda et al., 2009), lo que demuestra la importancia de H4K20me1 en la mitosis y el cromosoma compactacin. Por el contrario, los niveles de H4K16ac aumentan durante la fase S y la disminucin durante la mitosis (Rice et al, 2002;.. Wilkins et al, 2014). Estos datos son consistentes con los hallazgos de que H4K20me1 antagoniza H4K16ac (Nishioka et al., 2002). En la levadura, H4K16ac desacetilacin en la mitosis se consigue por Hst2 (Sir2 homlogo), que es reclutado por la histona H3 fosforilada en la serina 10 (Wilkins et al., 2014). La desacetilacin de H4K16ac conduce a interacciones fuertes entre H2A y H4 en nucleosomas vecinos, lo que lleva mayor grado de condensacin (Shogren-Knaak et al, 2006;. Wilkins et al, 2014).. En la mitosis, se propone esta cascada de modificaciones de las histonas para conducir hypercondensation cromatina, independientemente de Condensina (Wilkins et al., 2014). Sin embargo, se ha demostrado que Condensina mittico II subunidades CAP-D3 y CAP-G2 son capaces de H4K20me1 de unin, lo que sugiere H4K20me1 puede desempear un papel en Condensina II de carga (Liu et al., 2010).Caenorhabditis elegans interfase dosificacin compensada cromosomas X muestran cambios similares en modificaciones de las histonas: H4K20me1 se incrementa, mientras que H4K16ac disminuye en X. El enriquecimiento de H4K20me1 est regulada no slo por el DCC, sino tambin la monomethylase H4K20, SET-1 (PR-SET7 homlogo ), y la di- H4K20 y trimethylase, SET-4 (SUV4-20 homlogo; Vielle et al, 2012;. Wells et al, 2012).. El DCC tambin regula SIR-2,1 (Sir2 homlogo), que media el agotamiento de H4K16ac en cromosomas X (Wells et al., 2012). Esta cascada de modificaciones de las histonas conduce X condensacin de la cromatina en un DCC- (por lo tanto condensin-) forma dependiente (Lau et al., 2014). Por el contrario, en la mitosis, se proponen estas modificaciones de las histonas de actuar con independencia de Condensina (Wilkins et al., 2014). Estas observaciones sugieren que la interfase de dosificacin compensadas cromosomas X mantienen algunas caractersticas asociadas con el cromosoma mittico condensada.Mecanismos moleculares de la Actividad CondensinaLos mecanismos por los que Condensina genera y mantiene la condensacin de cromosomas en interfase y mitosis son muy debatidas y poco conocidos. Se han propuesto los mecanismos bioqumicos se analizan a continuacin para contribuir a la condensacin de cromosomas. Sin embargo, si estas actividades contribuyen a la interfase de Condensina o funciones de la mitosis, o ambos, se desconoce.Las dos protenas de SMC de Condensina son capaces de hidrolizar ATP y se cree que esta actividad es esencial para la regulacin de la estructura de la cromatina de orden superior (Kimura y Hirano, 1997; Hirano, 2012). Los SMC protenas tambin tienen la capacidad de rehibridar ssDNAs complementarios en dsDNAs (Sakai et al., 2003), tal vez como un paso preparatorio para la formacin de cromosomas mitticos (Figura 3). El mecanismo mejor caracterizado de Condensina mittico, detectado en muchas especies eucariotas es la capacidad de introducir dependiente de ATP supercoils positivos en el ADN in vitro (Kimura y Hirano, 1997, 2000; Kimura et al., 2001; Hagstrom et al, 2002. ; St-Pierre et al, 2009).. El uso de ADN circular cerrado y en presencia de la topoisomerasa I, mittico Condensina I es capaz de superenrollamiento del ADN con su actividad ATPasa de ADN estimulada (Kimura y Hirano, 1997). Esta actividad requiere todo el complejo de cinco unidades. Los SMC protenas por s solas no tienen actividad ATPasa y no pueden unirse de la cromatina in vitro (Kimura y Hirano, 2000). Se propone superenrollamiento positivo para facilitar la topoisomerasa II mediada decatenation de las cromtidas hermanas y dar lugar a la formacin de bucles quirales. Ensamblajes de orden superior por interacciones condensina Condensina entonces pueden compactar la fibra de cromatina (Figura 3;. Kimura et al, 1999; Baxter et al., 2011).Se requiere la fosforilacin de la PAC subunidades de condensina por la CDK1 quinasa (quinasa dependiente de ciclina 1) a SuperCoil ADN e iniciar la condensacin cromosoma mittico in vitro (Kimura et al., 1998; Takemoto et al., 2006). Por el contrario, no se detecta la actividad de superenrollamiento cuando la forma de la interfase de Condensina se incuba con el ADN circular en presencia de ATP y de la topoisomerasa I (Kimura et al., 1998). De hecho, la fosforilacin de I Condensina por una quinasa diferente, CK2 (casena quinasa 2), suprime la actividad de superenrollamiento durante la interfase (Takemoto et al., 2006). Esto sugiere que Condensina superenrollamiento del ADN mediada no puede estar involucrado en el cromosoma compactacin durante la interfase. Sin embargo, no se sabe si Condensina II mediada por el superenrollamiento o mecanismos moleculares adicionales coche organizacin de la cromatina interfase.Alternativamente, o adems de superenrollamiento, se propone Condensina para atrapar las fibras de cromatina en una estructura de anillo (Cuylen et al., 2011). Esta hiptesis se basa en la semejanza de Condensina a cohesin, tanto que contiene un par de protenas SMC, formando una forma de V, y protenas no SMC adicionales, propuso para cerrar el anillo (Figura 3). Se cree Cohesinas para sostener pares de las cromtidas hermanas juntos atrapando ADN de cada cromtida dentro de su estructura en forma de anillo (Haering et al., 2008). Un estudio reciente sobre minichromosomes levadura proporcionado pruebas de que las formas de condensina Enlaces topolgicos similares por rodear el ADN. Linealizacin del ADN minichromosome o abrir el anillo Condensina eliminado la asociacin entre el ADN y Condensina (Cuylen et al., 2011). Aunque se cree que la cohesin para mantener cromtidas hermanas juntos, se propone Condensina para atrapar diferentes secciones de la misma molcula de ADN, para facilitar la condensacin.La capacidad de Condensina para dar forma a los cromosomas se ilustra adicionalmente por su localizacin a asociar topolgicamente de dominio (TAD) lmites en los cromosomas en interfase. Un TAD es una regin cromosmica contigua con alta frecuencia de interacciones entre las secuencias dentro de la TAD, pero pocas interacciones con secuencias fuera de la TAD. En la interfase Drosophila, ratn y clulas madre embrionarias humanas, Condensina II se ha encontrado para localizar en sitios de alta ocupacin arquitectnicos de unin a protenas (APBSs) situados en las fronteras de las ETA (Van Bortle et al., 2014). La localizacin de Condensina II en los lmites de TAD, junto con su capacidad para atrapar ADN, sugiere posibles mecanismos para la regulacin de organizacin de la cromatina interfase. A diferencia de la cromatina interfase, que est dividida en pequeos TADs sub-megabase y grandes compartimentos multi-megabase (Dekker y Mirny, 2013), cromosomas mitticos no presentan compartimentos cromosmicas y TAD (Naumova et al., 2013). En su lugar, se cree que la cromatina se compacta linealmente en bucles consecutivos, potencialmente por complejos de SMC, y luego la compresin axial homognea conduce a la formacin de cromosomas mitticos densos (Naumova et al., 2013). Por lo tanto, puede haber mecanismos nicos y superpuestas que participan en Condensina mediada por el cromosoma compactacin en interfase y mitosis.Cul de estas actividades bioqumicas, si los hay, contribuyen a C. elegans compensacin de la dosis es desconocida. Las mutaciones en los dominios ATPasa de DPY-27 y MIX-1 plomo a la dosis de compensacin de defectos (Chuang et al, 1994;.. Lieb et al, 1998), lo que sugiere que se requiere la actividad de ATPasa de los mecanismos que median la compensacin de la dosis. Ya sea Condensina IDC es capaz de rehibridar ADN monocatenario, ADN superenrollado, o atrapar fibras de cromatina no se ha investigado. Los estudios futuros de las actividades bioqumicas de condensina revelarn cmo Condensina es capaz de lograr tanto mittico cromosoma compactacin y la represin de genes.

ConclusinComplejos Condensina surgieron como reguladores importantes de la organizacin de la cromatina durante todo el ciclo celular. Estudios recientes revelaron que, adems de su papel en la condensacin del cromosoma mittico y la segregacin, la funcin en diversos procesos en interfase condensinas. Nuevas pruebas conecta mittico condensacin Condensina mediada con control epigentico de la expresin gnica. Aunque hay una creciente comprensin de las funciones biolgicas de condensinas en la mitosis, la meiosis, y la interfase, los mecanismos moleculares de la actividad Condensina son an poco conocidos. Dado que la mayora de nuestro conocimiento de estos mecanismos moleculares proviene de anlisis de Condensina I en la mitosis, ser importante examinar las similitudes y diferencias entre mecanicistas las actividades de condensinas I y II, tanto en la mitosis e interfase. El estudio de C. elegans condensina funcin de IDC en la compensacin de dosis arrojar ms luz sobre cmo afecta Condensina organizacin de los cromosomas en interfase y cmo las actividades involucradas difieren de la funcin de Condensina en la mitosis.