Uno de los aspectos más sorprendentes del proceso de división celular es la capacidad de
duplicar y transmitir los cromosomas a las células hijas con enorme precisión. Las proteínas
SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) forman una familia de ATPasas esenciales
durante los procesos de replicación, reparación y segregación de los cromosomas. En las
células eucariotas hay tres complejos proteicos de tipo SMC: cohesina, condensina y Smc5/6.
Este último es necesario para que los cromosomas estén bien resueltos en el momento de su
segregación y, a diferencia de los otros dos complejos SMC, tiene una subunidad con actividad
SUMO-ligasa, conocida como Mms21 o Nse2. La presencia de una SUMO-ligasa en el complejo
sugiere que éste pueda tener funciones de señalización además de estructurales. Mms21 se
une a los dominios coiled-coil de la proteína Smc5 y sumoila varias subunidades del complejo
además del mismo Smc5. Curiosamente, Mms21 también participa en la sumoilación de varias
subunidades en los complejos cohesina y condensina.
Aunque la función SUMO-ligasa de Mms21 no es esencial para la viabilidad celular, sí lo es
para el mantenimiento de la integridad genómica. Es por ello que conocer su mecanismo de
activación es de gran importancia. En este trabajo proponemos que la actividad ATPasa del
complejo Smc5/6 está mecanísticamente acoplada a la activación de la SUMO-ligasa Mms21.
Por un lado mostramos que la ligasa Mms21 necesita unirse al complejo Smc5/6 para acceder
a sus dianas. A través del estudio de distintos mutantes ATPasa, mostramos que la activación
de la SUMO-ligasa requiere como mínimo la unión a ATP e interacción entre los dominios
ATPasa de Smc5 y Smc6, pero no la hidrólisis de ATP. A pesar de que los dominios SUMO-ligasa
y ATPasa se encuentran en zonas distantes en la molécula, las dos actividades se comunican a
través de los dominios coiled-coil de Smc5. Además, la activación de Mms21 requiere la
presencia de disrupciones evolutivamente conservadas en los dominios coiled-coil.
Proponemos que estas disrupciones funcionarían a modo de articulaciones que permitirían los
cambios conformacionales necesarios para activar la ligasa Mms21. La coordinación de estas
dos funciones en un mismo complejo proteico es extremadamente útil para la célula y la
estabilidad de su genoma, ya que permite integrar un papel estructural en la cromatina,
dependiente de la actividad ATPasa, con una función de señalización a través de SUMO,
promoviendo así la correcta reparación y segregación de los cromosomas. Finalmente, en este
estudio hemos diseccionado la región del coiled-coil donde recae la sumoilación de Smc5, con
el fin de generar mutantes no sumoilables y analizar su función. Nuestros resultados indican
que la sumoilación de Smc5 es prescindible para la reparación de daño en DNA durante la
replicación del genoma; sin embargo, sí parece ser necesaria en condiciones de acumulación
de intermediarios de recombinación, lo cual sugiere la participación de la sumoilación de Smc5
en el metabolismo de este tipo de estructuras. / Un dels aspectes més sorprenents del procés de divisió cel·lular és la capacitat de duplicar i
transmetre els cromosomes a les cèl·lules filles amb una precisió enorme. Les proteïnes SMC
(Structural Maintenance of Chromosomes) formen una família d’ATPases essencials durant els
processos de replicació, reparació i segregació dels cromosomes. En les cèl·lules eucariotes hi
ha tres complexos proteics de tipus SMC: cohesina, condensina i Smc5/6. Aquest últim és
necessari per a què els cromosomes estiguin ben resolts en el moment de la seva segregació i,
a diferència dels altres dos complexos SMC té una subunitat amb activitat sumo-lligasa,
coneguda com Mms21 o Nse2. La presència d'una sumo-lligasa en el complex suggereix que
aquest pugui tenir funcions de senyalització a més d'estructurals. Mms21 s'uneix als dominis
coiled-coil de la proteïna Smc5 i sumoila diverses subunitats del complex a més del mateix
Smc5. Curiosament, Mms21 també participa en la sumoilació de diverses subunitats en els
complexos cohesina i condensina.
Tot i que la funció sumo-lligasa de Mms21 no és essencial per a la viabilitat cel·lular, sí que
ho és per al manteniment de la integritat genòmica. És per això que conèixer el seu mecanisme
d'activació és de gran importància. En aquest treball proposem que l'activitat ATPasa del
complex Smc5/6 està mecanísticament acoblat a l'activació de la sumo-lligasa Mms21. D'una
banda mostrem que la lligasa Mms21 necessita unir-se al complex Smc5/6 per accedir a les
seves dianes. A través de l'estudi de diferents mutants ATPasa, mostrem que l'activació de la
sumo-lligasa requereix com a mínim la unió a ATP i interacció entre els dominis ATPasa de
Smc5 i Smc6, però no la hidròlisi d'ATP. Tot i que els dominis sumo-lligasa i ATPasa es troben
en zones distants en la molècula, les dues activitats es comuniquen a través dels dominis
coiled-coil de Smc5. A més, l'activació de Mms21 requereix la presència de disrupcions
evolutivament conservades en els dominis coiled-coil. Proposem que aquestes disrupcions
funcionarien a mode d'articulacions que permetrien els canvis conformacionals necessaris per
activar la lligasa Mms21. La coordinació d'aquestes dues funcions en un mateix complex
proteic és extremadament útil per a la cèl·lula i l'estabilitat del seu genoma, ja que permet
integrar un paper estructural en la cromatina, dependent de l'activitat ATPasa, amb una funció
senyalitzadora a través de SUMO, promovent així la correcta reparació i segregació dels
cromosomes. Finalment, en aquest estudi hem disseccionat la regió del coiled-coil on recau la
sumoilació de Smc5, per tal de generar mutants no sumoilables i analitzar la seva funció. Els
nostres resultats indiquen que la sumoilació de Smc5 no és essencial per a la reparació de dany
a DNA durant la replicació del genoma; no obstant això, sí que sembla ser necessària en
condicions d'acumulació d'intermediaris de recombinació, la qual cosa suggereix la participació
de la sumoilació de Smc5 en el metabolisme d'aquest tipus d'estructures. / One of the most surprising aspects of cell division is the ability to duplicate and transmit
chromosomes to daughter cells with great precision. SMC (Structural Maintenance of
Chromosomes) proteins are a family of essential ATPases required for the replication, repair
and segregation of chromosomes. In eukaryotic cells there are three different SMC complexes:
cohesin, condensin and Smc5/6. The latter is necessary for proper resolution of chromosomes
at the time of segregation, and unlike the other two SMC complexes, has a subunit with SUMO
ligase activity, known as Mms21 or Nse2. The presence of a SUMO ligase in the complex
suggests that it may have signaling roles besides its structural functions. Mms21 binds to the
coiled-coil domain of the Smc5 protein and sumoylates Smc5 and other subunits in Smc5/6.
Interestingly, Mms21 also participates in sumoylation of several subunits in the cohesin and
condensin complexes.
Although the SUMO ligase function in Mms21 is not essential for cell viability, it is required
for the maintenance of genomic integrity. Therefore, understanding how the mechanisms that
trigger its activation are of great importance. In this work we propose that the ATPase activity
of the Smc5/6 complex is mechanistically coupled to the activation of the Mms21 SUMO ligase.
On the one hand we show that the Mms21 ligase needs to bind to the Smc5/6 complex to
access its targets. Through the study of various ATPase mutants, we further show that
activation of the SUMO ligase requires ATP binding to Smc5 and engagement of Smc5 and
Smc6 ATPase heads, but not ATP hydrolysis. Although the SUMO ligase and ATPase domains
are located in different regions of the Smc5/6 molecule, the two activities are communicated
through the coiled-coil domains of Smc5. Furthermore, activation of the SUMO ligase requires
the presence of evolutionarily conserved disruptions in the coiled-coil domains. We propose
that these disruptions operate as joints that allow the conformational changes necessary to
activate the Mms21 ligase. The coordination of these two functions in the same protein
complex is extremely useful for the genome stability as it allows integrating a structural role on
chromatin, dependent on the ATPase activity, with a signaling function through SUMO, thus
enhancing the correct disjunction and segregation of chromosome. Finally, in this study we
have dissected the coiled-coil region in the Smc5 molecule that is targeted by SUMO, and we
have generated unsumoylatable mutants to study the role of Smc5 sumoylation. Our results
indicate that sumoylation of Smc5 is not required for the repair of damage during DNA
replication; however, Smc5 sumoylation becomes critical under conditions that trigger
accumulation of unresolved recombination intermediates, suggesting the participation of
Smc5 modification in the metabolism of these type of structures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UDL/oai:www.tdx.cat:10803/378652 |
| Date | 15 December 2015 |
| Creators | Pociño Merino, Irene |
| Contributors | Torres Rosell, Jordi, Colomina i Gabarrella, Neus, Universitat de Lleida. Departament de Ciències Mèdiques Bàsiques |
| Publisher | Universitat de Lleida |
| Source Sets | Universitat de Lleida |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 223 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
Page generated in 0.003 seconds