Пререпликационный комплекс - Pre-replication complex

Упрощенная схема загрузки эукариотического пререпликационного комплекса

А пререпликационный комплекс (до RC) это белковый комплекс что формируется в начало репликации на этапе инициации Репликация ДНК. Для репликации ДНК требуется образование пре-RC. Полное и точное воспроизведение геном гарантирует, что каждая дочерняя клетка будет нести ту же генетическую информацию, что и родительская клетка. Соответственно, формирование пре-RC является очень важной частью клеточный цикл.

Компоненты

По мере того, как организмы эволюционировали и становились все более сложными, росли и их пре-RC. Ниже приводится краткое изложение компонентов pre-RC среди различных сфер жизни.

В бактерии, основным компонентом пре-RC является ДНКА. Пре-RC завершается, когда DnaA занимает все свои сайты связывания в бактериальном ориджине репликации (ORIC ).

В архей pre-RC сильно отличается от бактериального pre-RC и может служить упрощенной моделью эукариотического pre-RC. Он состоит из одного комплекс распознавания происхождения (ORC) белок, Cdc6 /ORC1, и гомогексамер поддержание минихромосом (MCM) белок. Sulfolobus islandicus также использует гомолог Cdt1 для распознавания одного из источников его репликации.[1]

В эукариотический pre-RC - самый сложный и строго регулируемый пре-RC. У большинства эукариот он состоит из шести белков ORC (ORC1-6), Cdc6, Cdt1 и гетерогексамер из шести белков MCM (MCM2-7). Гетерогексамер MCM, возможно, возник в результате событий дупликации гена MCM и последующей дивергентной эволюции. Предварительный RC Schizosaccharomyces pombe (С. Помбе) заметно отличается от такового у других эукариот; Cdc6 заменен гомологичным белком Cdc18. Sap1 также включен в С. Помбе pre-RC, потому что он необходим для связывания Cdc18. Предварительный RC Xenopus laevis (X. laevis) также имеет дополнительный белок MCM9, который помогает загружать гетерогексамер MCM в ориджин репликации.[2] Структура ORC, MCM, а также промежуточного комплекса ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7 (OCCM) была определена.[3]

Распознавание происхождения репликации

Распознавание источника репликации - важный первый шаг в формировании пре-RC. В разных сферах жизни этот процесс осуществляется по-разному.

У прокариот распознавание происхождения осуществляется DnaA. DnaA прочно связывается с консенсусной последовательностью из 9 пар оснований в oriC; 5 '- ТТАТЧАКА - 3'. В oriC имеется 5 таких последовательностей длиной 9 пар оснований (R1-R5) и 4 неконсенсусных последовательности (I1-I4), которые DnaA связывает с дифференциальной аффинностью. DnaA связывает R4, R1 и R2 с высокой аффинностью и R5, I1, I2, I3 и R3 с меньшей аффинностью. Пре-RC завершается, когда DnaA занимает все сайты связывания с высоким и низким сродством из 9 пар оснований.[4]

У архей есть 1–3 точки начала репликации. Происхождение обычно - богатые AT участки, которые различаются в зависимости от вида архей. Уникальный белок ORC архей распознает участки, богатые AT, и связывает ДНК АТФ-зависимым образом.

Эукариоты обычно имеют несколько источников репликации; по крайней мере, один на хромосому. Saccharomyces cerevisiae (С. cerevisiae) - единственный известный эукариот с определенной инициирующей последовательностью TTTTTATG / ATTTA / T[5]. Эта последовательность инициации распознается ORC1-5. Не известно, что ORC6 связывает ДНК в С. cerevisiae. Последовательности инициации в С. Помбе и высшие эукариоты четко не определены. Однако инициирующие последовательности обычно либо богаты АТ, либо демонстрируют изогнутую или искривленную топологию ДНК. Известно, что белок ORC4 связывает богатую АТ часть ориджина репликации в С. Помбе с использованием мотивов крючка AT. Механизм распознавания происхождения у высших эукариот не совсем понятен, но считается, что белки ORC1-6 зависят от необычной топологии ДНК для связывания.[6]

Загрузка

Обзор дупликации хромосом в клеточном цикле

Сборка пререпликационного комплекса происходит только на поздних стадиях. Фаза M и рано Фаза G1 клеточного цикла, когда циклин-зависимая киназа (CDK) активность низкая. Это время и другие регуляторные механизмы гарантируют, что репликация ДНК будет происходить только один раз за клеточный цикл. Сборка пре-RC основана на предварительном распознавании происхождения либо с помощью DnaA у прокариот, либо с помощью ORC у архей и эукариот.

Пре-RC прокариот завершается, когда DnaA занимает все возможные сайты связывания в oriC.

Пре-RC архей требует связывания ORC источника. После этого Cdc6 и гомогексамерный комплекс MCM связываются последовательно.

У эукариот самый сложный пре-RC. После того, как ORC1-6 связывает ориджин репликации, рекрутируется Cdc6. Cdc6 задействует фактор лицензирования Cdt1 и MCM2-7. Связывание Cdt1 и гидролиз АТФ с помощью ORC и Cdc6 загружают MCM2-7 в ДНК. Существует стехиометрический избыток белков MCM по сравнению с белками ORC и Cdc6, что указывает на то, что может быть несколько гетерогексамеров MCM, связанных с каждой точкой начала репликации.[2]

Инициирование репликации

После того, как пре-RC сформирован, он должен быть активирован, а реплисома собрана для репликации ДНК.

У прокариот DnaA гидролизует АТФ, чтобы раскрутить ДНК на oriC. Эта денатурированная область доступна для DnaB геликаза и DnaC погрузчик геликаза. Одноцепочечные связывающие белки стабилизируют вновь образованный пузырек репликации и взаимодействуют с DnaG прима. DnaG привлекает репликатив ДНК-полимераза III, и начинается репликация.

У эукариот гетерогексамер MCM фосфорилируется CDC7 и CDK, который вытесняет Cdc6 и набирает MCM10. MCM10 сотрудничает с MCM2-7 в наборе Cdc45. Затем Cdc45 набирает ключевые компоненты ответственный; репликативная ДНК-полимераза α и ее примаза. После этого может начаться репликация ДНК.[7]

Предотвращение повторной сборки пререпликационного комплекса

Во время каждого клеточного цикла важно, чтобы геном полностью реплицировался один и только один раз. Формирование пре-репликационного комплекса во время поздней фазы M и ранней фазы G1 необходимо для репликации генома, но после того, как геном реплицируется, пре-RC не должен формироваться снова до следующего клеточного цикла. У S. cerevisiae CDK предотвращают образование комплекса репликации во время поздних фаз G1, S и G2, исключая MCM2-7 и Cdt1 из ядра, нацеливая Cdc6 на деградацию с помощью протеасома, и диссоциация ORC1-6 от хроматин через фосфорилирование.[8] Предотвращение повторной репликации у S. pombe немного отличается; Cdt1 расщепляется протеасомой вместо того, чтобы просто исключаться из ядра.[9] Протеолитическая регуляция Cdt1 присуща высшим эукариотам, включая Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, X. laevis, и млекопитающие. Metazoans есть четвертый механизм предотвращения повторная репликация; во время S и G2 близнецы связывается с Cdt1 и препятствует загрузке Cdt1 MCM2-7 в ориджин репликации.[6]

Синдром Мейера-Горлина

Известно, что дефекты компонентов репликационного комплекса эукариот вызывают Синдром Мейера-Горлина, который характеризуется отсутствием или гипопластический надколенники, маленькие уши, нарушение дородового и послеродового роста, и микроцефалия. Известные мутации находятся в ORC1, Гены ORC4, ORC6, CDT1 и CDC6. Фенотип заболевания, вероятно, происходит из-за снижения способности клеток к размножаться, уменьшенное количество клеток и общая задержка роста.[10]

использованная литература

  1. ^ Аусианникава, Дарья; Аллерс, Торстен (31 января 2017 г.). «Разнообразие репликации ДНК в архее». Гены. 8 (2): 56. Дои:10.3390 / genes8020056. ЧВК  5333045. PMID  28146124.
  2. ^ а б Bryant, J. A .; Авес, С. Дж. (2011). «Инициирование репликации ДНК: функциональные и эволюционные аспекты». Анналы ботаники. 107 (7): 1119–26. Дои:10.1093 / aob / mcr075. ЧВК  3091809. PMID  21508040.
  3. ^ Юань, Цзуаньнин; Риера, Альберто; Бай, Линь; Сунь, Цзинчуань; Нанди, Сайкат; Спанос, Христос; Чен, Чжо Ангел; Барбон, Марта; Раппсильбер, Юри; Стиллман, Брюс; Спек, Кристиан; Ли, Хуэйлинь (13 февраля 2017 г.). «Структурная основа загрузки репликативной геликазы Mcm2-7 с помощью ORC – Cdc6 и Cdt1». Структурная и молекулярная биология природы. 24 (3): 316–324. Дои:10.1038 / nsmb.3372. ЧВК  5503505. PMID  28191893.
  4. ^ Леонард, Алан С .; Гримуэйд, Джулия Э. (2004). «Создание бактериальной орисомы: появление новых регуляторных функций для раскручивания репликации». Молекулярная микробиология. 55 (4): 978–85. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2004.04467.x. ЧВК  1400601. PMID  15686547.
  5. ^ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27384026
  6. ^ а б Sun, J .; Конг, Д. (2010). «Истоки репликации ДНК, взаимодействие ORC / ДНК и сборка пререпликационного комплекса у эукариот». Acta Biochimica et Biophysica Sinica. 42 (7): 433–9. Дои:10.1093 / abbs / gmq048. PMID  20705581.
  7. ^ Такисава, Харухико; Мимура, Сатору; Кубота, Юмико (2000). «Репликация эукариотической ДНК: от комплекса до репликации к комплексу инициации». Текущее мнение в области клеточной биологии. 12 (6): 690–6. Дои:10.1016 / S0955-0674 (00) 00153-8. PMID  11063933.
  8. ^ Nguyen, Van Q .; Co, Карл; Ли, Иоахим Дж. (2001). «Циклин-зависимые киназы предотвращают повторную репликацию ДНК с помощью множества механизмов». Природа. 411 (6841): 1068–73. Дои:10.1038/35082600. PMID  11429609.
  9. ^ Ральф, Эмма; Бой, Эрик; Кирси, Стивен Э (2006). «Повреждение ДНК вызывает протеолиз Cdt1 в делящихся дрожжах по пути, зависящему от Cdt2 и Ddb1». Отчеты EMBO. 7 (11): 1134–9. Дои:10.1038 / sj.embor.7400827. ЧВК  1679788. PMID  17039252.
  10. ^ Бикнелл, Луиза С; Бонгерс, Эрни М. Х. Ф .; Лейтч, Андреа; Браун, Стивен; Скутс, Джерун; Харли, Маргарет Э; Афтимос, Салим; Аль-Аама, Джумана Й; и другие. (2011). «Мутации в пререпликационном комплексе вызывают синдром Мейера-Горлина». Природа Генетика. 43 (4): 356–9. Дои:10,1038 / нг.775. ЧВК  3068194. PMID  21358632.