중요성 DNA는 핵 내에 들어맞고 세포분열 동안에도 적절히 포장되어야 하며, 이때 기계적 분리를 위해 조밀한 염색분체가 형성된다. 이러한 과정은 단백질 복합체 콘덴신(condensin)에 의존한다. 콘덴신은 루프 익스트루전(loop extrusion)을 통해 DNA에 루프를 형성하고 확장시킨다. 본 연구는 ATP가 가수분해되지 않은 상태의 DNA 결합 콘덴신에 대한 원자 수준 구조를 규명한다. DNA는 Rad50, 코헤신(cohesin), MukBEF를 포함하는 다른 구조유지 염색체(SMC) 복합체들에서 이전에 보고된 바 있는 구획(compartment) 내에서 고정(clamp)된다. 중요한 차이점이 있다는 점을 전제로 하더라도, 이는 모든 SMC 복합체가 적어도 일부 유사한 상태를 거치며, ATP를 가수분해하고 DNA를 전위시키는 동안 머리(head) 모듈에서 유사한 형태 변화에 관여함을 의미한다.

응축소(CONDENSIN)는 유사분열 동안 DNA가 염색분체로 응축(compaction)되는 데 필요로 하는 염색체 구조 유지 복합체(Structural Maintenance of Chromosomes, SMC)이다. 응축소에 의한 길이방향 DNA 응축은 ATPase에 의해 구동되는 루프 압출(loop extrusion)에 의해 촉진되며, 이 과정은 대부분, 혹은 모든 SMC 복합체의 근본적인 기능으로 여겨진다. 분자 수준의 통찰을 얻기 위해, 우리는 천천히 가수분해되는 ATP 유사체와 선형 및 원형 DNA의 존재 하에서 효모 응축소(yeast condensin)의 cryo-EM 구조를 확보하였다. 그 결과, DNA는 앞서 보고된 DNA 결합 SMC 복합체 구조와 유사한 방식으로, 결합된 이량체 이종이량체(heterodimeric) SMC ATPase 머리(head)와 Ycs4 소단위 사이에서 “고정(clamped)”되어 있는 것으로 나타났다. 다른 비-SMC 소단위인 Ycgl은 복합체에 비교적 유연하게 결합되어 있으면서도 DNA를 강하게 결합하였고, 종종 머리 모듈(head module)로부터 떨어져 있는 상태를 유지하였다. 고정된 상태(clamped state)에서는 DNA가 kleisin Brn1과 Smc2 및 Smc4의 결합된 두 머리 도메인에 의해 둘러싸이며, 즉 위상적으로 가두어(topologically entrapped)지며, 이 삼자 고리(tripartite ring)는 Smc2의 목(neck)을 포함한 모든 계면에서 닫혀 있다. DNA가 없는 상태에서는 머리 결합 시 목 게이트(neck gate)가 열리지만, DNA가 존재할 때는 닫힌 상태로 유지됨을 보여준다. 본 연구는 응축소 및 기타 SMC 복합체가 ATPase 주기 동안 머리 모듈에서 유사한 형태를 거친다는 점을 입증한다. 이에 비해 응축소 복합체에서의 Ycgl 소단위의 거동은 압출 반응의 구현 방식에 차이가 있을 수 있음을 시사하며, 본 연구 결과는 SMC 복합체에 의한 루프 압출에 대한 추가 기계론적 모델을 제약할 것이다. 중요성 진술(Significance statement): DNA는 핵에 수용되기 위해, 그리고 기계적 분리를 위해 치밀한 염색분체가 형성되는 세포 분열 동안 극적으로 응축되어야 하며, 이 과정은 단백질 복합체 응축소(condensin)에 의존한다. 응축소는 루프 압출을 통해 DNA에서 고리를 형성하고 확장한다. 본 연구는 ATP가 가수분해되지 않은 상태에서의 DNA 결합 응축소의 원자 수준 구조를 규명한다. DNA는 Rad50, cohesin 및 MukBEF를 포함한 다른 SMC 복합체에서 이전에 보고된 바 있는 구획(compartment) 내부에서 고정(clamping)된다. 또한 우리가 발견한 중요한 차이점이라는 단서를 고려하더라도, 이는 모든 SMC 복합체가 적어도 일부 유사한 상태를 순환하며, ATP를 가수분해하고 DNA를 전위(translocate)하는 동안 머리 모듈에서 유사한 형태 변화를 겪는다는 것을 의미한다.