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着丝粒蛋白 ATP 酶循环由 SMC1A 和 SMC3 ATP 酶结构域的特定构象动力学和界面可塑性介导。

The cohesin ATPase cycle is mediated by specific conformational dynamics and interface plasticity of SMC1A and SMC3 ATPase domains.

机构信息

Université de Strasbourg, IGBMC UMR 7104 - UMR-S 1258, 67400 Illkirch, France; CNRS, UMR 7104, 67400 Illkirch, France; INSERM, UMR-S 1258, 67400 Illkirch, France; Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, Department of Integrated Structural Biology, 67400 Illkirch, France.

Université de Strasbourg, IGBMC UMR 7104 - UMR-S 1258, 67400 Illkirch, France; CNRS, UMR 7104, 67400 Illkirch, France; INSERM, UMR-S 1258, 67400 Illkirch, France; Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, Department of Translational Medicine and Neurogenetics, 67400 Illkirch, France.

出版信息

Cell Rep. 2024 Sep 24;43(9):114656. doi: 10.1016/j.celrep.2024.114656. Epub 2024 Sep 5.

DOI:10.1016/j.celrep.2024.114656
PMID:39240714
Abstract

Cohesin is key to eukaryotic genome organization and acts throughout the cell cycle in an ATP-dependent manner. The mechanisms underlying cohesin ATPase activity are poorly understood. Here, we characterize distinct steps of the human cohesin ATPase cycle and show that the SMC1A and SMC3 ATPase domains undergo specific but concerted structural rearrangements along this cycle. Specifically, whereas the proximal coiled coil of the SMC1A ATPase domain remains conformationally stable, that of the SMC3 displays an intrinsic flexibility. The ATP-dependent formation of the heterodimeric SMC1A/SMC3 ATPase module (engaged state) favors this flexibility, which is counteracted by NIPBL and DNA binding (clamped state). Opening of the SMC3/RAD21 interface (open-engaged state) stiffens the SMC3 proximal coiled coil, thus constricting together with that of SMC1A the ATPase module DNA-binding chamber. The plasticity of the ATP-dependent interface between the SMC1A and SMC3 ATPase domains enables these structural rearrangements while keeping the ATP gate shut. VIDEO ABSTRACT.

摘要

黏合蛋白对于真核生物基因组的组织至关重要,并以依赖于 ATP 的方式在细胞周期的各个阶段发挥作用。然而,黏合蛋白 ATP 酶活性的机制仍不清楚。在这里,我们描述了人黏合蛋白 ATP 酶循环的不同步骤,并表明 SMC1A 和 SMC3 的 ATP 酶结构域沿着这个循环经历了特定但协调的结构重排。具体来说,虽然 SMC1A ATP 酶结构域的近端卷曲螺旋保持构象稳定,但 SMC3 的卷曲螺旋表现出固有灵活性。ATP 依赖性形成的异源二聚体 SMC1A/SMC3 ATP 酶模块(结合状态)促进了这种灵活性,而 NIPBL 和 DNA 结合(夹状态)则与之相反。SMC3/RAD21 界面的打开(开放结合状态)使 SMC3 近端卷曲螺旋变硬,从而与 SMC1A 一起限制 ATP 酶模块的 DNA 结合腔。SMC1A 和 SMC3 ATP 酶结构域之间的 ATP 依赖性界面的可塑性使这些结构重排成为可能,同时保持 ATP 门关闭。视频摘要。

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引用本文的文献

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Proc Natl Acad Sci U S A. 2025 Aug 12;122(32):e2514190122. doi: 10.1073/pnas.2514190122. Epub 2025 Aug 5.