Участие ДНК-топоизомераз в организации хроматина
Компактизация хроматина и сегрегация хромосом представляют собой связанные процессы. Многочисленные генетические, биохимические и цитологические исследования подтверждают участие топоизомераз типа II в организации хроматина и в процессе конденсации хроматина во время митоза у всех живых организмов. Человеческая топоизомераза II - основной негистоновый белок в каркасе метафазных хромосом [ 89 ]. Участки ДНК, ассоциированные с топоизомеразой II, совпадают с так называемыми MAR/SAR участками присоединения петель ДНК к ядерному каркасу; в свою очередь эти участки обладают высокой аффинностью к топоизомеразе II [ 90 , 91 , 92 ]. В составе этих участков наблюдаются характерные AТ-богатые последовательности, которые из-за высокой конформационной подвижности являются предпочтительными местами связывания топоизомеразы II [ 93 ]. При обработке ядер ингибиторами топоизомеразы II , вызывающими образование стабильного двухцепочечного разрыва, такими как этопозид , можно действительно наблюдать разрезание ДНК на петли размером 20-300 кб, которые могут представлять собой отдельные топологические домены ядра [ 94 , 95 ]. Атомной силовой и флуоресцентной микроскопией показано, что in vitro топо II действует как зажим, держащий две цепи ДНК вместе [ 96 ]. Связывание топоизомеразы II с 30-нм фибриллами, даже в отсутствии ATP (но при обязательном участии гистона H1 ) приводит к их агрегации и превращении в глобулярную структуру. Тем не менее, изучение флуоресцентно меченных эукариотических топоизомеразы II альфа и топоизомеразы II бета показало, что ни один из белков не является неподвижным структурным компонентом ядерного матрикса, таким образом, вероятно взаимодействия между топоизомеразами II и компонентами хроматина динамические по природе [ 97 ].
Низкосолевая экстракция белков конденсированных эукариотических хромосом позволяет продемонстрировать "каркас" хромосомы, в основном содержащей топоизомеразу II и конденсин . Конденсин-зависимая локализация топоизомеразы II на осевых структурах хромосомы необходима для нормального разделения хроматид во время митоза [ 59 ]. Можно представить себе конденсацию хромосом в виде двух стадий, первая из которых состоит в образовании топо II-содержащиего стержня хромосомы и последующей сверхспирализации, опосредованной конденсином. При этом для правильной сборки содержащих топоизомеразу II структур необходима репликация ДНК [ 98 ]. В работах in vitro также показана ассоциация выполняющей функции декатеназы топоизомеразы IV E. coli с бактериальным конденсином MukB и прямая стимуляция активности топоизомеразы белком MukB [ 57 , 58 ]
