Structural maintenance and condensation (SMC) family is a member of condensin system which is involved in chromosome condensation and segregation during cell replication. Generally, prokarykotic SMC protein family is composed of two SMC homodimer, one ScpA as a kleisin subunit and two ScpB homodimer as a kite subunit. N-terminal domain and Ctermianl domain of ScpA bind to the neck of one Smc and the head of the other Smc, respectively, to make a closed ring structure, and ScpB homodimer binds to ScpA to stabilize the protein. While almost all bacterial species have all the three components of SMC family, ScpB does not exist in more than half of archaeal species. In this study we characterized archaeal SMC family in which ScpB is not included in sequential and structural manner. We found that ScpB homolog in some archaeal species does not interact with ScpA using in vitro pull-down assay. Determined structure of the two proteins and sequence comparison of archaeal ScpAs with bacterial proteins showed that the impotence of interaction between the two proteins is caused by the lack of amino acid sequence in archaeal ScpA, which is important for the interaction with ScpB in bacteria. Pull-down assay and cysteine crosslinking experiments of archaeal ScpA and Smc showed that the two proteins are able to make a closed ring structure in similar with bacterial complex. The study suggests a new type of SMC protein family which belongs to archaeal species and is a binary complex of Smc and ScpA only.
염색체 구조유지 (SMC) 복합체는 셀이 분열할 때 염색체를 묶어주고 분리시키는 콘덴신 시스템에 속한다. 일반적으로 원핵생물의 SMC 복합체는 SMC 이량체, 클레이신에 해당하는 ScpA 단일분자와 카이트(kite)라고 불리는 ScpB 의 이량체로 되어있다. ScpA 의 N-말단과 C-말단은 각각 SMC 의 목 부분과 머리 부분에 붙어 하나의 닫힌 구조를 만들어내고, ScpB 는 ScpA 에 붙어서 이 단백질을 안정화시킨다. 거의 모든 세균종에서 세 가지의 단백질이 발견되는 반면, 절반 이상의 고세균에서는 ScpB 가 발견되지 않는다. 이번 연구를 통해 우리는 ScpB 를 포함하지 않는 SMC 복합체의 특성을 아미노산 서열 및 3 차원 구조를 통해 분석하였다. 시험관 내 부착 실험을 통하여 일부 고세균의 ScpA 가 ScpB 와 붙지 않는다는 점을 확인하였다. 이 두 단백질의 3 차원 구조를 규명함으로써 이들이 붙지 않는 원인은 세균의 ScpA 에서 ScpB 와 붙는 데 중요한 역할을 하는 아미노산 서열이 고세균의 ScpA 에서는 존재하지 않기 때문이라는 결과를 도출해냈다. 한편, 부착 실험 및 시스테인 연결 실험을 통하여 고세균의 ScpA 와 Smc 도 세균의 단백질들과 같이 Smc 의 머리와 목에 ScpA 의 양 끝 덩어리가 각각 붙어서 닫힌 구조를 만들어낸다는 사실을 확인하였다. 이러한 결과들을 바탕으로 우리는 Smc 와 ScpA 로만 이루어져 있고 고세균에 주로 존재하는 새로운 종류의 SMC 복합체 개념을 제시한다.
