Mécanismes d'extrusion de boucle d'ADN

Des boucles d'ADN sont produites quand l'ADN glisse par les protéines en forme d'anneau de moteur. Ce procédé est connu en tant qu'extrusion de boucle d'ADN. Les extrusions de boucle aident en retenant les régions locales d'ADN ensemble. Beaucoup de théories ont été proposées pour expliquer l'extrusion de boucle d'ADN.

Crédit d'image : Rost9/Shutterstock

Extrusion de boucle par la maintenance structurelle de la famille des chromosomes (SMC) des atpases

Ganji M et autres, et Fudenberg G et autres, postulé que la famille de SMC des atpases, telles que le condensin et la cohésion, refoulent ADN dans de grandes boucles. L'énergie de l'hydrolyse d'ATP aide les protéines de SMC à transférer le long des fibres de chromatine.

Par la représentation en temps réel de l'extrusion de boucle d'ADN, on l'a observé qu'un composé unique de condensin pourrait refouler beaucoup de paires de kilobase d'ADN. L'accroissement de l'arrêt bouclé ces de chromatine quand les protéines de SMC, telles que les sonneries de cohesin, rencontrent les protéines de CTCF dans le sens convergent.

Ces protéines de CTCF sont présentes aux bordures d'associer topologiquement des domaines (TADs). TADs sont des domaines longs megabase de chromatine qui forment le structurel et les synthons principaux de chromosomes interphase humains. Pour une boucle stable de chromatine, la borne de C de la protéine de CTCF devrait contacter les sonneries de cohésion.

Extrusion de boucle par les enzymes de ADN-boucle-refoulement

Dans cette théorie, des enzymes de ADN-boucle-refoulement vraisemblablement sont liées à un réseau d'ADN de longueur finie. On assume que chaque enzyme a deux domaines obligatoires qui peuvent gripper et jeter un pont sur deux sites d'ADN.

Quand les protéines de SMC telles que la cohésion (également connue sous le nom de machines) grippent au réseau d'ADN, il s'associe aux sites adjacents de réseau. Alipour E et autres, encore postulé que l'ATP hydrolyse chaque domaine obligatoire pour déménager le long de l'ADN.

La tige de protéine entre chaque domaine obligatoire mène à l'extrusion d'une boucle d'ADN. Cette association des machines et de l'ADN, connue sous le nom de processivity infini, forme une distribution désordonnée de petites boucles.

Cependant, si la dissociation de la machine et de l'ADN se produit, connu en tant que le processivity fini, boucles hautement stables et grandes d'ADN sont formés avec très moins de variations.

Extrusion de boucle par supercoiling transcription-induit

Il n'y a aucune preuve déterminée que les sonneries de cohesin agissent en tant que des translocases actifs d'ADN pour provoquer des extrusions de boucle. Cependant, supercoiling transcription-induit est un procédé bien documenté aux organismes vivants.

Ce procédé pousse des sonneries de cohesin de TAD activement le long des fibres de chromatine, formant des menottes de ` de cohesin'. Ces menottes sont alors relâchées par l'enzyme de la topoisomérase IIB (TOPIIB) d'ADN actuelle aux bordures de TADs pour former des boucles d'extrusion d'ADN.

Extrusion de boucle par osmose

Yamamoto T et Schiessel M ont analysé la dynamique de sonnerie de cohesin sur une boucle avec des chargeurs de cohesin au milieu de la boucle et des déchargeuses aux extrémités de boucle. Ce mécanisme suppose que les monomères de cohesin grippent au chargeur plus fréquemment que des dimères de cohesin.

Les dimères de cohesin ont facilité l'extrusion de boucle d'ADN due à la pression osmotique exercée par les monomères de cohesin. Cependant, cette théorie juge vrai seulement si les critères suivants sont remplis :

  1. Charge rare des dimères de cohesin sur la fibre de chromatine.
  2. Les monomères de Cohesin ne forment pas des dimères sur la fibre de chromatine.

Extrusion de boucle pilotée par mouvement thermique (extrusion diffusive)

Bien que la version récente de haut-débit des caractéristiques de saisie de conformation de chromosome (HiC) aient proposé que les motifs de CTCF et les sonneries obligatoires de cohesin aboutissent à boucler l'extrusion, une protéine adaptée de moteur qui produit de ces boucles doit être trouvée encore.

Brackley et autres, HiC utilisé pour effectuer des expériences de simulation afin de jeter plus de lumière en circuit si l'extrusion diffusive pourrait produire des boucles d'ADN. Leur simulation 1D simple a expliqué un effet de rochet.

Dans cette simulation, différentes menottes de cohesin ont été soutenu chargées et téléchargées d'une fibre de chromatine. On l'a observé que si les menottes étaient au hasard emplacement chargé, un certain nombre de boucles étaient côte à côte concurrence formée pour l'espace.

Cependant, si les menottes étaient chargées à un emplacement unique, il a mené à un effet de rochet. Cet effet de rochet a empêché la première menotte de diffuser de retour vers le site de charge, de ce fait produisant une pression osmotique menant à l'extrusion diffusive de boucle.

L'extrusion de boucle est une étape importante en s'assurant que l'information génétique est distribuée même pendant la division cellulaire. La compréhension des mécanismes impliqués dans l'extrusion de boucle d'ADN est une étape essentielle en traçant les origines moléculaires de beaucoup de génétique et de maladies chroniques.

Last Updated: Feb 26, 2019

Deepthi Sathyajith

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Deepthi Sathyajith

Deepthi spent much of her early career working as a post-doctoral researcher in the field of pharmacognosy. She began her career in pharmacovigilance, where she worked on many global projects with some of the world's leading pharmaceutical companies. Deepthi is now a consultant scientific writer for a large pharmaceutical company and occasionally works with News-Medical, applying her expertise to a wide range of life sciences subjects.

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