Точка начала репликации

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Точка начала репликации (англ. origin of replication) — это фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, с которого начинается её репликация[1]. Структура точки начала репликации (нуклеотидная последовательность) отличается у разных видов, но у всех организмов это АТ-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[2].

Хромосомы и плазмиды прокариот содержат одну, реже несколько точек начала репликации ДНК; хромосомы эукариот имеют множество таких точек[2]. Также точки начала репликации РНК 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[править | править вики-текст]

  • 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[3].
  • Геном архей, как правило, состоит из единственной кольцевой хромосомы, которая может нести от одной до четырёх точек начала репликации[4][5].
  • Геномы эукариот как правило содержат множество точек начала репликации в каждой хромосоме — до ста тысяч в одной клетке человека[6]. Большое количество точек начала репликации помогает ускорить процесс удвоения значительно большего, 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[править | править вики-текст]

OriC Escherichia coli[править | править вики-текст]

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 DnaA и область первичного раскручивания спирали ДНК — DUE (англ. DNA unwinding element)[2][7][8].

Область связывания DnaA[править | править вики-текст]

Область связывания DnaA содержит многочисленные 9-членные повторы, которые служат местами посадки DnaA 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 (Kd=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[8].

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[8].

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[8]. 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[7].

Между сайтов связывания DnaA находится по одной области узнавания для гистоноподобных белков E. coli IHF и Fis. 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[8].

Область первичного раскручивания спирали ДНК[править | править вики-текст]

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[8].

Сайты метилирования[править | править вики-текст]

OriC содержит 11 палиндромных сайтов метилирования 5'-GATC-3'. Метилирование осуществляется ферментом ДНК-аденинметилтрансферазой (Dam) по N6-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[8][2].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Technical Glossary Edward K. Wagner, Martinez Hewlett, David Bloom and David Camerini Basic Virology Third Edition, Blackwell publishing, 2007 ISBN 1-4051-4715-6
  2. 1 2 3 4 Jocelyn Krebs Chapter 11. The Replicon // Lewin's GENES X. — Jones & Bartlett Learning, 2011. — ISBN 0763766321.
  3. Mott M. L., Berger J. M. (2007). «DNA replication initiation: mechanisms and regulation in bacteria». Nat. Rev. Microbiol. 5 (5): 343–54. DOI:10.1038/nrmicro1640. PMID 17435790.
  4. Kelman L. M., Kelman Z. (2004). «Multiple origins of replication in archaea». Trends Microbiol. 12 (9): 399–401. DOI:10.1016/j.tim.2004.07.001. PMID 15337158.
  5. 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:10.1016/j.jmb.2013.09.021 — PMID 24095859.
  6. Nasheuer H. P., Smith R., Bauerschmidt C., Grosse F., Weisshart K. (2002). «Initiation of eukaryotic DNA replication: regulation and mechanisms». Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 72: 41–94. DOI:10.1016/S0079-6603(02)72067-9. PMID 12206458.
  7. 1 2 Mott M. L., Berger J. M. DNA replication initiation: mechanisms and regulation in bacteria // Nat Rev Microbiol. — 2007. — Vol. 5. — № 5. — P. 343—54. — PMID 17435790.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 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:10.1016/j.plasmid.2009.06.003 — PMID 19527752.

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]