Interested Article - Точка начала репликации

Точка начала репликации ( ориджин репликации , англ. origin of replication ) — это фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты , с которого начинается её репликация . Структура точки начала репликации ( нуклеотидная последовательность ) отличается у разных видов , но у всех организмов это А Т -богатая и потому легкоплавкая последовательность. Точка начала репликации и прилегающие к ней фрагменты нуклеиновой кислоты, не отделённые сайтами терминации, составляют единицу репликации — репликон . Репликация ДНК может начинаться от точки начала репликации в одном или двух направлениях .

Хромосомы и плазмиды прокариот содержат одну, реже несколько точек начала репликации ДНК ; хромосомы эукариот имеют множество таких точек . Также точки начала обнаружены у РНК-содержащих вирусов , например, у вирусов, содержащих двуцепочечные РНК.

До начала репликации с точкой начала репликации обычно связывается пререпликационный комплекс .

Количество точек начала репликации в геноме

Геном вироидов содержит единственную молекулу РНК и, как правило, по две точки начала репликации.
Геном бактерий чаще всего представлен единственной молекулой ДНК ( хромосомой ) с единственной точкой начала репликации .
Геном архей , как правило, состоит из единственной кольцевой хромосомы, которая может нести от одной до четырёх точек начала репликации .
Геномы эукариот как правило содержат множество точек начала репликации в каждой хромосоме — до ста тысяч в одной клетке человека . Большое количество точек начала репликации помогает ускорить процесс удвоения значительно б о льшего, относительно прокариот, генетического материала. У дрожжей точку начала репликации называют ARS .

Названия генетических локусов , включающих точки начала репликации, обычно содержат буквосочетание ori . В процессе конъюгации репликация по типу катящегося колеса начинается на последовательности oriT F-плазмиды. Митохондриальная ДНК многих организмов содержит две последовательности ori. У человека они называются oriH и oriL для тяжелой и легкой цепи ДНК, соответственно.

Структура точек начала репликации

OriC Escherichia coli

Генетический локус, содержащий единственную точку начала репликации хромосомы Escherichia coli (кишечной палочки), получил название oriC . OriC состоит из 245 пар оснований и включает две функциональных области: область специфичного связывания фактора инициации репликации и область первичного раскручивания спирали ДНК — DUE ( англ. DNA unwinding element ) .

Область связывания DnaA

Область связывания DnaA содержит многочисленные 9-членные повторы, которые служат местами посадки на ДНК. Среди таких повторов выделяют DnaA-боксы , I-сайты и τ-сайты . DnaA-боксы — это фрагменты ДНК с консенсусной последовательностью 5'-TTATNCACA-3'. OriC содержит 5 DnaA-боксов, которые обозначают как R1—R5. Эти боксы отличаются по аффинности к DnaA: R1 и R4 обладают наибольшим сродством к DnaA ( K _d =3—9 наномоль ) и располагаются по краям области связывания DnaA в oriC . Аффинность DnaA-боксов к DnaA уменьшается в ряду R1=R4>R2>R3=R5 .

I-сайты — 9-членные участки ДНК, которые отличаются от консенсусной последовательности DnaA-бокса на 3—4 нуклеотида. τ-сайты — 6-членные последовательности вида 5'-TGATCC-3'. OriC содержит 3 I-сайта и 2 τ-сайта .

DnaA является АТФазой и может существовать в свободном, АТФ- или АДФ-связанном состоянии. R1 и R4 связывают DnaA независимо от его состояния. R2 обладает средней аффинностью к DnaA (по сравнению с R1 и R4), R3, R5 и все I- и τ-сайты — относительно низкой и связывают этот белок преимущественно в АТФ-связанном состоянии . На протяжении большей части клеточного цикла DnaA связан только с тремя наиболее аффинными сайтами: R1, R2 и R4. К остальным он присоединяется только непосредственно перед инициацией репликации в АТФ-связанном состоянии .

Между сайтов связывания DnaA находится по одной области узнавания для гистоноподобных белков E. coli и . Связываясь с ДНК, эти белки изгибают её. IHF присоединяется к oriC незадолго до начала репликации, он стимулирует посадку DnaA на низкоаффинные сайты и инициацию репликации. Предполагают, что белок Fis участвует в координации инициации репликации и клеточного цикла , а также обеспечивает синхронную инициацию на нескольких oriC в быстро делящихся клетках. Известно, что связывание Fis с oriC временно ингибируется непосредственно перед инициацией .

Область первичного раскручивания спирали ДНК

Область первичного раскручивания спирали ДНК включает три AT-богатых тринадцатичленных повтора 5'-GATCTNTTNTTTT-3'. DnaA в комплексе с АТФ связывается в этой областью перед инициацией. Связывание DnaA и других белков с oriC , предположительно, вызывает локальное торсионное напряжение в ДНК, которое совместно с отрицательной сверхспирализацией способствует расхождению двух цепей ДНК в области тринадцатичленных повторов. Все три повтора должны быть задействованы для инициации репликации .

Сайты метилирования

OriC содержит 11 палиндромных сайтов метилирования 5'-GATC-3'. Метилирование осуществляется ферментом ДНК-аденинметилтрансферазой (Dam) по N ⁶ -положению аденина в обеих цепях ДНК. Некоторые из сайтов метилирования перекрываются с участками связывания DnaA. Для инициации репликации необходимо метилирование обеих цепей ДНК. Репликация области oriC приводит к появлению полуметилированных точек начала репликации: дочерняя цепь ДНК остаётся неметилированной в области oriC около 13 минут в отличие от других сайтов 5'-GATC-3' в геноме, которые метилируются в течение полутора минут после репликации. Полуметилированная точка инициации репликации неактивна, таким образом задержка метилирования предотвращает слишком скорую повторную инициацию .

Примечания

от 3 марта 2016 на Wayback Machine Edward K. Wagner, Martinez Hewlett, David Bloom and David Camerini Basic Virology Third Edition, Blackwell publishing, 2007 ISBN 1-4051-4715-6
↑ Jocelyn Krebs. Chapter 11. The Replicon // . — Jones & Bartlett Learning, 2011. — ISBN 0763766321 .
Mott M. L., Berger J. M. DNA replication initiation: mechanisms and regulation in bacteria (англ.) // Nat. Rev. Microbiol. : journal. — 2007. — Vol. 5 , no. 5 . — P. 343—354 . — doi : . — .
Kelman L. M., Kelman Z. Multiple origins of replication in archaea (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2004. — Vol. 12 , no. 9 . — P. 399—401 . — doi : . — .
Hyrien O., Rappailles A., Guilbaud G., Baker A., Chen C. L., Goldar A., Petryk N., Kahli M., Ma E., d'Aubenton-Carafa Y., Audit B., Thermes C., Arneodo A. From simple bacterial and archaeal replicons to replication N/U-domains // J Mol Biol. — 2013. — Vol. 425, № 23 . — P. 4673—89. — doi : . — .
Nasheuer H. P., Smith R., Bauerschmidt C., Grosse F., Weisshart K. Initiation of eukaryotic DNA replication: regulation and mechanisms (англ.) // Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. : journal. — 2002. — Vol. 72 . — P. 41—94 . — doi : . — .
↑ Mott M. L., Berger J. M. DNA replication initiation: mechanisms and regulation in bacteria // Nat Rev Microbiol. — 2007. — Vol. 5, № 5 . — P. 343—54. — .
↑ Ozaki S., Katayama T. DnaA structure, function, and dynamics in the initiation at the chromosomal origin // Plasmid. — 2009. — Vol. 62, № 2 . — P. 71—82. — doi : . — .