Кіріспе

DnaA – бактерияларда ДНК репликациясының басталуын белсендіретін ақуыз. Репликон моделіне сүйенсек, оң белсенді инициатор молекуласы ДНК-ның репликациясын бастау үшін репликатор деп аталатын дөңгелек хромосоманың нақты бір жерімен байланысады. Бұл репликацияны бастау факторы, ол oriC-де ДНК-ның оралуын ынталандырады. E. coli-дегі oriC-те үш AT-ға бай 13 негіздік жұп аймағы (DUE) бар, одан кейін TTAT(C немесе A)CA(C немесе A)A тізбегін қамтитын төрт 9 негіздік аймақ орналасқан. 9 негіздік аймақтарға шамамен 10 DnaA молекуласы байланады, олар ақуыздардың айналасын орап, AT-ға бай аймақтағы ДНК-ның оралуына себеп болады. DnaA-ның oriC ішінде 8 байланысу орны бар, олармен DnaA әртүрлі байланысу қабілетімен байланысады. ДНК репликациясы басталатын кезде, DnaA жоғары және төмен байланысу қабілетіне ие барлық орындарды иеленеді. AT-ға бай денатурацияланған аймақ DnaB (геликаза) молекуласын тартуға мүмкіндік береді, ол DnaC (геликаза жүктеушісі) молекуласымен кешен құрайды. DnaC геликазаның 13 негіздік аймақтағы бір жіпті ДНК-ға (ssDNA) байланысуына және дұрыс орналасуына көмектеседі; бұл ATP гидролизі арқылы жүзеге асырылады, содан кейін DnaC босатылады. Бір жіпті ДНК-ны тұрақтандырушы ақуыздар (SSB) репликациялық көпіршікті сақтау үшін бір жіпті ДНК жіптерін бекітеді. DnaB – 5'→3' геликаза, сондықтан ол артта қалған жіп бойынша қозғалады. Ол DnaG (примаза) молекуласымен бірігіп, жетекші жіп үшін жалғыз праймерді құрайды және артта қалған жіпке РНК праймерлерін қосады. DnaG және DnaB арасындағы өзара әрекеттесу артта қалған жіптегі Оказаки фрагменттерінің ұзындығын бақылау үшін қажет. Содан кейін ДНК полимераза III ДНК репликациясын бастауға қабілетті болады. DnaA төрт доменнен тұрады: біріншісі – реттеуші ақуыздармен байланысатын N-терминалы, екіншісі – спиральді байланыстырушы аймақ, үшінші домен – ATP-ге байланысатын AAA+ аймағы, ал төртінші домен – ДНК-ға байланысатын C-терминалы. DnaA екі сақталған аймақты қамтиды: біріншісі ақуыздың орталық бөлігінде орналасқан және ATP байланысу доменіне сәйкес келеді, екіншісі C-терминалды жартысында орналасқан және ДНК байланысына қатысады.

ДНҚ-ның мутанттары

DnaA генінің мутацияланған алғашқы штаммдары температураға сезімтал K12 штаммдары CRT46 және CRT83 болды, ал оларға сәйкес штаммдар dnaA46 және dnaA83 деп белгіленді. DnaA мутанттарынан өзгеше, PC2 штаммында ДНК геликазасы dnaB-ның жүктеу факторын кодтайтын dnaC генінде мутация бар.

Синтез

DnaA өзінің промоторына байланысу қабілетіне ие. DnaA өзінің промоторына байланғанда, ол РНК полимеразаның промоторға байланысуын бөгеп, транскрипцияның басталуын тежейді. Осылайша, DnaA өзінің экспрессиясын реттей алады. Бұл процесс авторегуляция деп аталады.

Реттеу

Әрбір жасуша бөліну циклы DnaA бастаушы белгісі арқылы хромосомалардың жаңа репликациясын қозғадырады. Геликазаны жүктеу және шығу тегі ДНҚ-ның ашылуы кезінде нақты уақытты қамтамасыз ету үшін DnaA АТФ мономерынің oriC-пен өзара әрекеттесуін реттеу өте маңызды. Escherichia coli-дегі DnaA тану орындары OriC-те орналасқан, бұл репликацияға дейінгі кешеннің кезеңдеп құралуына көмектеседі, DnaA олигомеризацияланғанда жоғары байланысқан орындар арасындағы кеңістіктерді толтыру үшін төмен байланысқан орындармен өзара әрекеттеседі. Табиғаттағы бактериялардың тіршілік салтына OriC функцияларын байланыстыратын көптеген кеңістік толтыру стратегиялары болуы мүмкін, бұл OriC DnaA тану орындары үлгілерінің кең ауқымды вариациясын түсіндіруге болады. ДНҚ-ның екі түрі – белсенді АТФ және АДФ түрі реттеледі. АТФ түрі, DnaA-ның реттеуші деактивациясы (RIDA) арқылы, ол өз кезегінде Hda белгісі және β жылғаққыш құрылғысы (DnaN) және datA-ға тәуелді DnaA АТФ гидролизінен тұрады, АДФ түріне айналады. АДФ түрі DnaA реактивациялық тізбектері 1 және 2 (DARS1 және DARS2) арқылы АТФ түріне айналады.

DnaA ақуыз құрылымы

ДНҚ-А ақуызында төрт домен бар. Эшерихия коли және Бацилл субтилис ақуыздарын алғашқы салыстыру шар тәрізді құрылымды анықтауға әкелді, ол салыстырмалы түрде сақталған N-ұшы мен көбінесе сақталған үлкен C-ұшын, арасында көбінесе өзгермелі аймақпен бөлінген күйде көрсетті. Мысалы, энтеробактериялық ақуыздардың N және C-терминалдары дерлік бірдей, бірақ олар өзгермелі аймақтарда көптеген аминқышқылдық өзгерістермен, жоюлармен және енгізілімдермен сипатталады. C-терминалды аймақта AAA+ тұқымдастығы АТФаза мотиві және тәуелсіз ДНҚ байланыстыру шарлары бар. ЯМР (NMR) арқылы анықталғандай, DnaA қорабымен кешенделгенде Escherichia coli шар IV кристаллдай таза құрылымға ие болды. Осының нәтижесінде ДНҚ тізбегі спиральдық бұрылыс мотиві мен кіріспе шеңбердің үйлесімі арқылы делдалдық ететіні расталды. АТФ-қа, бірақ АДФ-қа байланысқанда ДНҚ-А бір бұрылысқа төрт мономерлі суперспиральді құрылымды құрайды. I шардың құрылымы үш қосымша бактерия түрі және Escherichia coli үшін ЯМР (NMR) әдісімен анықталды.

DnaA ақуыз синтезінің өзіндік реттелуі

dnaA(Ts) мутанттары бойынша жүргізілген зерттеулер алғаш рет dnaA генінің өзін-өзі реттейтінін көрсетті. DnaA ақуызы белсенді емес температурада да өндіріле береді, бірақ кейбір мутанттарда дамуға қолайлы температураға оралу арқылы оны қайтадан белсенді етуге болады. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей, өсу температурасының жоғарылауымен DnaA46 ақуызының белсенділігі төмендеді, нәтижесінде аралық температурада ДНК және басталу (origin) концентрациясы біртіндеп азайды. DnaA ақуызының белсенділігі төмендегенмен бірге, басталу қабілетінің артуы байқалды. Хансен мен Расмуссен (1977) ДНК репликациясын бастауда DnaA ақуызының оң әсер ететінін айтты, ал dnaA генінің промотор аймағы мен генінің тізбегін анықтау нәтижесінде, генаға кіретін транскрипттер табылды. dnaA2p промотор аймағының тізбегінде қызықты ерекшеліктер бар, оларды жақсы көруге болады. Бұл промоторда екі GATC орны бар – біреуі 10 тізбегінде, екіншісі 35 тізбегінде. In vivo және in vitro жағдайында метилирлеу осы промотордан транскрипцияны екі есеге арттырады. Сонымен қатар, DnaA ақуызы жоғары туыстықпен (affinity) dnaA2p промоторының алдындағы аймақтарға байланысады.