Пререпликационный комплекс
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2011 г. ) |
Пререпликационный комплекс ( пре-РК ) представляет собой белковый комплекс , который образуется в начале репликации на этапе инициации репликации ДНК . Образование пре-РК необходимо для репликации ДНК. Полная и точная репликация генома гарантирует , что каждая дочерняя клетка будет нести ту же генетическую информацию, что и родительская клетка. Соответственно, образование пре-РК является очень важной частью клеточного цикла .
Компоненты
[ редактировать ]По мере того как организмы развивались и становились все более сложными, то же самое происходило и с их пред-RC. Ниже приводится краткое изложение компонентов пре-RC в различных сферах жизни.
У бактерий основным компонентом пре-РК является ДНКА . Пре-РК является завершенным, когда ДНКА занимает все свои сайты связывания в бактериальном источнике репликации ( oriC ). Конкретные сайты oriC, с которыми связывается DnaA, определяют, имеет ли клетка bORC (комплекс распознавания бактериального происхождения) или пре-RC. [1]
Архейный . пре-РК сильно отличается от бактериального пре-РК и может служить упрощенной моделью эукариотического пре-РК Он состоит из белка комплекса распознавания единого происхождения (ORC), Cdc6 / ORC1 , и гомогексамера белка поддержания минихромосомы (MCM). Sulfolobus Islandicus также использует гомолог Cdt1 для распознавания одного из источников репликации. [2]
Эукариотический . пре-РК является наиболее сложным и строго регулируемым пре-РК У большинства эукариот он состоит из шести белков ORC (ORC1-6), Cdc6 , Cdt1 и гетерогексамера шести белков MCM (MCM2-7). Гетерогексамер MCM, возможно, возник в результате событий дупликации гена MCM и последующей дивергентной эволюции. Пре-РК Schizosaccharomyces pombe ( S. pombe ) заметно отличается от такового у других эукариот; Cdc6 заменен гомологичным белком Cdc18. Sap1 также включен в пре-RC S. pombe , поскольку он необходим для связывания Cdc18. Пре-RC Xenopus laevis ( X. laevis ) также имеет дополнительный белок MCM9, который помогает загрузить гетерогексамер MCM в точку начала репликации. [3] Разгадана структура ORC, MCM, а также промежуточного комплекса ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7 (OCCM). [4]
Распознавание происхождения репликации
[ редактировать ]Признание происхождения репликации является критическим первым шагом в формировании pre-RC. В разных сферах жизни этот процесс осуществляется по-разному.
У прокариот распознавание происхождения осуществляется с помощью ДНКА. ДНКА прочно связывается с консенсусной последовательностью из 9 пар оснований в oriC; 5' – ТТАТСКАКА – 3'. В пределах oriC имеется 5 таких последовательностей длиной 9 пар оснований (R1-R5) и 4 неконсенсусные последовательности (I1-I4), с которыми DnaA связывается с дифференциальным сродством. ДНКА связывает R4, R1 и R2 с высоким сродством, а R5, I1, I2, I3 и R3 — с меньшим сродством. [5] In vivo было замечено, что связывание ДНКА с сайтами узнавания происходит в порядке: R1, R2, затем R4, что образует bORC. После этого другой сайт узнавания с более низким сродством (9 п.о.) связывается с DnaA, который образует пре-RC. [6]
Археи имеют 1–3 начала репликации. Истоками обычно являются участки, богатые АТ, которые различаются в зависимости от вида архей. Единственный архейный белок ORC распознает богатые АТ участки и связывает ДНК АТФ-зависимым образом.
Эукариоты обычно имеют несколько источников репликации; хотя бы один на хромосому. Saccharomyces cerevisiae ( S. cerevisiae ) — единственный известный эукариот с определенной инициирующей последовательностью TTTTTATG/ATTTA/T. [7] Эта последовательность инициации распознается ORC1-5. Неизвестно, что ORC6 связывает ДНК S. cerevisiae . Последовательности инициации у S. pombe и высших эукариот четко не определены. Однако инициирующие последовательности обычно либо богаты АТ, либо имеют изогнутую или изогнутую топологию ДНК. Известно, что белок ORC4 связывает богатую AT часть точки начала репликации у S. pombe с использованием мотивов AT-крючка . Механизм распознавания происхождения у высших эукариот не совсем понятен, но считается, что связывание белков ORC1-6 зависит от необычной топологии ДНК. [8]
Загрузка
[ редактировать ]
Сборка пререпликационного комплекса происходит только во время поздней фазы M и ранней фазы G1 клеточного цикла, когда активность циклин-зависимой киназы (CDK) низкая. Такое время и другие регуляторные механизмы гарантируют, что репликация ДНК будет происходить только один раз за клеточный цикл. Сборка pre-RC основана на предварительном распознавании происхождения либо с помощью ДНКA у прокариот, либо с помощью ORC у архей и эукариот.
Пре-РК прокариот завершается, когда ДНКА занимает все возможные сайты связывания внутри oriC. ДНКА может связываться с сайтами с низким сродством на oriC только после того, как белок fis удаляется из oriC. Удаление fis, белок IHF (интегрированный фактор хозяина) связывается с сайтом между R1 и R2, что позволяет DnaA связываться с сайтами с низким сродством на oriC. На этом предварительный RC завершается. [9]
Пре-RC архей требует связывания ORC с источником. После этого Cdc6 и гомогексамерный комплекс MCM последовательно связываются.
Эукариоты имеют наиболее сложный пре-РК. После того, как ORC1-6 связывается с началом репликации, рекрутируется Cdc6. Cdc6 задействует фактор лицензирования Cdt1 и MCM2-7. Связывание Cdt1 и гидролиз АТФ с помощью ORC и Cdc6 загружают MCM2-7 на ДНК. Существует стехиометрический избыток белков MCM над белками ORC и Cdc6, что указывает на то, что может существовать несколько гетерогексамеров MCM, связанных с каждым началом репликации. [3]
Инициирование репликации
[ редактировать ]После образования пре-РК его необходимо активировать и собрать реплисому, чтобы произошла репликация ДНК.
У прокариот DnaA гидролизует АТФ, чтобы раскрутить ДНК в oriC. Эта денатурированная область доступна для загрузчика геликазы DnaB и DnaC . Однонитевые связывающие белки стабилизируют вновь образовавшийся репликационный пузырь и взаимодействуют с DnaG примазой . DnaG привлекает репликативную ДНК-полимеразу III, и начинается репликация.
У эукариот гетерогексамер MCM фосфорилируется CDC7 и CDK, который замещает Cdc6 и рекрутирует MCM10 . MCM10 сотрудничает с MCM2-7 при рекрутировании Cdc45 . Затем Cdc45 рекрутирует ключевые компоненты реплисомы ; репликативная ДНК-полимераза α и ее примаза. Затем может начаться репликация ДНК. [10]
Предотвращение повторной сборки пререпликационного комплекса
[ редактировать ]В течение каждого клеточного цикла важно, чтобы геном полностью реплицировался один и только один раз. Формирование пререпликационного комплекса во время поздней фазы M и ранней фазы G1 необходимо для репликации генома, но после репликации генома пре-RC не должен образовываться снова до следующего клеточного цикла.
Различные исследования показали, что у прокариот пре-РК представляет собой комплекс, который присутствует только в течение части клеточного цикла. Как только происходит клеточное деление, pre-RC должен вернуться обратно в bORC, чтобы гарантировать, что во время деления происходит только один раунд репликации ДНК. В E. coli имеется 11 сайтов GATC в oriC, которые подвергаются гемиметилированию во время репликации ДНК. Белок SeqA связывается с этими сайтами, предотвращая реметилирование и блокируя связывание DnaA с сайтами с низким сродством примерно на одну треть клеточного цикла. Однако SeqA не блокирует связывание ДНКA с сайтами R1, R2 и R4. Таким образом, bORC сбрасывается и готовится к следующему преобразованию в pre-RC. [11]
У S. cerevisiae CDK предотвращают образование репликационного комплекса во время поздних фаз G1, S и G2, исключая MCM2-7 и Cdt1 из ядра, нацеливая Cdc6 на деградацию протеасомой и диссоциируя ORC1-6 от хроматина посредством фосфорилирования . [12] Предотвращение повторной репликации у S. pombe немного отличается; Cdt1 разрушается протеасомой, а не просто исключается из ядра. [13] Протеолитическая регуляция Cdt1 присуща высшим эукариотам, включая Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , X. laevis и млекопитающим . У многоклеточных животных есть четвертый механизм предотвращения повторной репликации ; во время S и G2 геминин связывается с Cdt1 и препятствует загрузке Cdt1 MCM2-7 в точку начала репликации. [8]
Синдром Мейера-Горлина
[ редактировать ]Известно, что дефекты компонентов репликационного комплекса эукариот вызывают синдром Мейера-Горлина , который характеризуется карликовостью , отсутствием или гипоплазией надколенников , маленькими ушами, нарушением пре- и постнатального роста и микроцефалией . [14] [15] Известные мутации находятся в генах ORC1 , ORC4 , ORC6 , CDT1 и CDC6 . [15] Фенотип заболевания, вероятно, возникает из-за снижения способности клеток к пролиферации , что приводит к уменьшению количества клеток и общей недостаточности роста. [16]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Миллер Д.Т., Гримвейд Дж.Э., Беттеридж Т., Розгая Т., Торг Дж.Дж., Леонард А.С. (ноябрь 2009 г.). «Комплексы распознавания бактериального происхождения, прямая сборка олигомерных структур ДНКА высшего порядка» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (44): 18479–18484. Бибкод : 2009PNAS..10618479M . дои : 10.1073/pnas.0909472106 . ПМЦ 2773971 . ПМИД 19833870 .
- ^ Аусянникава Д., Аллерс Т. (январь 2017 г.). «Разнообразие репликации ДНК у архей» . Гены . 8 (2): 56. doi : 10.3390/genes8020056 . ПМК 5333045 . ПМИД 28146124 .
- ^ Перейти обратно: а б Брайант Дж. А., Авес С. Дж. (май 2011 г.). «Инициация репликации ДНК: функциональные и эволюционные аспекты» . Анналы ботаники . 107 (7): 1119–1126. дои : 10.1093/aob/mcr075 . ПМК 3091809 . ПМИД 21508040 .
- ^ Юань З., Риера А., Бай Л., Сунь Дж., Нанди С., Спанос С. и др. (март 2017 г.). «Структурная основа репликативной загрузки геликазы Mcm2-7 с помощью ORC-Cdc6 и Cdt1» . Структурная и молекулярная биология природы . 24 (3): 316–324. дои : 10.1038/nsmb.3372 . ПМК 5503505 . ПМИД 28191893 .
- ^ Леонард AC, Гримвейд Дж. Э. (февраль 2005 г.). «Построение бактериальной орисомы: появление новых регуляторных функций для раскручивания начала репликации» . Молекулярная микробиология . 55 (4): 978–985. дои : 10.1111/j.1365-2958.2004.04467.x . ПМК 1400601 . ПМИД 15686547 .
- ^ Ньевера С., Торрг Дж. Дж., Гримвейд Дж. Э., Леонард AC (ноябрь 2006 г.). «Блокирование SeqA взаимодействий DnaA-oriC обеспечивает поэтапную сборку пре-RC E. coli» . Молекулярная клетка . 24 (4): 581–592. doi : 10.1016/j.molcel.2006.09.016 . ЧВК 1939805 . ПМИД 17114060 .
- ^ Белл С.П., Лабиб К. (июль 2016 г.). «Дупликация хромосом у Saccharomyces cerevisiae» . Генетика . 203 (3): 1027–1067. дои : 10.1534/genetics.115.186452 . ПМЦ 4937469 . ПМИД 27384026 .
- ^ Перейти обратно: а б Сунь Дж., Конг Д. (июль 2010 г.). «Происхождение репликации ДНК, взаимодействие ORC/ДНК и сборка пререпликационного комплекса у эукариот». Acta Biochimica et Biophysica Sinica . 42 (7): 433–439. дои : 10.1093/abbs/gmq048 . ПМИД 20705581 .
- ^ Леонард AC, Гримвейд Дж. Э. (сентябрь 2010 г.). Ловетт С.Т. (ред.). «Инициация репликации ДНК» . ЭкоСал Плюс . 4 (1). дои : 10.1128/ecosalplus.4.4.1 . ПМК 4236916 . ПМИД 26443786 .
- ^ Такисава Х., Мимура С., Кубота Ю. (декабрь 2000 г.). «Репликация эукариотической ДНК: от пререпликационного комплекса к инициаторному комплексу». Современное мнение в области клеточной биологии . 12 (6): 690–696. дои : 10.1016/S0955-0674(00)00153-8 . ПМИД 11063933 .
- ^ Слейтер С., Уолд С., Лу М., Бой Э., Скарстад К., Клекнер Н. (сентябрь 1995 г.). «Белок SeqA E. coli связывает oriC в двух различных метилмодулированных реакциях, соответствующих его роли в инициации репликации ДНК и секвестрации начала» . Клетка . 82 (6): 927–936. дои : 10.1016/0092-8674(95)90272-4 . ПМИД 7553853 . S2CID 14652024 .
- ^ Нгуен VQ, Co C, Ли JJ (июнь 2001 г.). «Циклин-зависимые киназы предотвращают повторную репликацию ДНК с помощью нескольких механизмов». Природа . 411 (6841): 1068–1073. Бибкод : 2001Natur.411.1068N . дои : 10.1038/35082600 . ПМИД 11429609 . S2CID 4393812 .
- ^ Ральф Э., Бой Э., Кирси С.Э. (ноябрь 2006 г.). «Повреждение ДНК вызывает протеолиз Cdt1 у делящихся дрожжей посредством пути, зависящего от Cdt2 и Ddb1» . Отчеты ЭМБО . 7 (11): 1134–1139. дои : 10.1038/sj.embor.7400827 . ПМЦ 1679788 . ПМИД 17039252 .
- ^ «Синдром Мейера-Горлина: MedlinePlus Genetics» . medlineplus.gov . Проверено 23 февраля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «СИНДРОМ МЕЙЕРА-ГОРЛИНА 1; MGORS1» . www.omim.org . Проверено 23 февраля 2021 г.
- ^ Бикнелл Л.С., Бонгерс Э.М., Лейтч А., Браун С., Скутс Дж., Харли М.Э. и др. (февраль 2011 г.). «Мутации в пререпликаторном комплексе вызывают синдром Мейера-Горлина» . Природная генетика . 43 (4): 356–359. дои : 10.1038/ng.775 . ПМК 3068194 . ПМИД 21358632 .