Kleisin

Kleisin（クレイシン）

Kleisin（クレイシン）は、SMCタンパク質と複合体を形成し、真核生物および原核生物の染色体高次構造と機能の制御に中心的な役割を担う一群のタンパク質の総称です。SMCタンパク質は、特徴的なV字型の二量体を形成し、その先端に位置するATP結合性のヘッドドメインが重要な機能部位となります。Kleisinタンパク質は、このSMC二量体のヘッドドメインに結合することで、複合体全体が環状構造を形成する上で不可欠な「門」や「留め金」のような働きをすると考えられています。

名称の由来

「kleisin」という名称は、ギリシア語で「閉鎖」や「閉じ込め」を意味する「kleisimo」に由来します。これは、SMC二量体のV字型が作り出す空間を、kleisinタンパク質が両端でヘッドドメインに結合することで閉じ、環状構造を完成させるという機能的な役割を示唆しています。この「環を閉じる」機能は、SMC複合体が染色体DNAを物理的に捕捉したり、環状構造の内部にDNAを封入したりするメカニズムの根幹をなすと考えられています。

構造的特徴と複合体の形成

Kleisinタンパク質は、その分子構造の異なる領域がSMCタンパク質の特定部位や、他のサブユニットと結合します。

C末端: kleisinのC末端側は、DNA結合ドメインとしても知られる「winged helix」と呼ばれる特徴的な構造をとります。この領域が、SMCタンパク質のATPaseヘッドドメインの先端部に位置する「cap」領域と強固に結合します。
N末端: kleisinのN末端側は、もう一方のSMCヘッドドメインの近傍にある、コイルドコイル構造がほどけた領域である「neck」と呼ばれる部位に結合します。
中央領域: kleisin分子の中央部分は、SMC複合体の種類に応じて異なる、他の重要なサブユニットと結合します。真核生物のコンデンシンやコヒーシン複合体では、この中央領域がHEATリピートモチーフを持つサブユニット（例: コンデンシンのCAP-D2、CAP-G、コヒーシンのScc3/STAG）と相互作用します。一方、原核生物のコンデンシンや真核生物のSMC5/6複合体では、「kite」サブユニットと呼ばれる異なるタイプの補助因子が結合します。これらのサブユニットは、SMC複合体の機能特異性や制御に関与します。

このように、kleisinはSMC二量体のヘッドを両端で連結し、さらに補助サブユニットを連結することで、SMC複合体全体が機能的な環状構造を形成するための中心的な骨格となります。この環状構造が、染色体DNAの折り畳み、凝縮、分離といったプロセスを実行する際に、DNA分子を捕捉し、操作するための「分子機械」として機能すると考えられています。

代表的なKleisinファミリーメンバー

Kleisinファミリーには、様々なSMC複合体に含まれる多くのメンバーが存在します。

真核生物:
コンデンシン複合体: 染色体の凝縮を担う複合体で、主要なkleisinサブユニットとしてCAP-H（コンデンシンI）やCAP-H2（コンデンシンII）が含まれます。
コヒーシン複合体: 姉妹染色分体の接着を担う複合体で、主要なkleisinサブユニットはRad21（またはScc1）です。減数分裂期には、Rec8やRad21Lといった別のkleisinが機能します。
原核生物:
原核生物型コンデンシン: 枯草菌のScpAなどがkleisinとして機能し、染色体の凝縮と分配に関与します。
* MukBEF複合体: 大腸菌のMukFはkleisinファミリーに属し、MukB（SMC）およびMukEと共に染色体の構造維持や分配に関与します。

これらのkleisinファミリーメンバーは、それぞれが属するSMC複合体の機能特異性に合わせて進化しており、染色体ダイナミクスの様々な側面に貢献しています。

まとめ

Kleisinタンパク質は、SMCタンパク質複合体の構成要素として、その環状構造の形成と機能に不可欠な存在です。染色体DNAの物理的な操作、すなわち凝縮、姉妹染色分体接着、分離といった生命活動の根幹をなすプロセスにおいて、SMC複合体はDNAを環内に取り込むことで機能を発揮すると考えられており、その環を「閉じる」役割を担うkleisinは、染色体生物学における極めて重要な分子機械の部品と言えます。その構造と機能の理解は、染色体関連疾患のメカニズム解明や治療法の開発にも繋がる可能性があります。

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