Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пре-репликационный комплекс (pre RC) — это белковый комплекс, который формируется в точке начала репликации на этапе инициации репликации ДНК. Формирование пре-RC необходимо для осуществления репликации ДНК. Полная и точная репликация генома обеспечивает передачу идентичной генетической информации дочерним клеткам от родительской клетки. Следовательно, формирование пре-RC является критически важной частью клеточного цикла.
A pre replication complex (pre RC) is a protein complex that forms at the origin of replication during the initiation step of DNA replication. Formation of the pre RC is required for DNA replication to occur. Complete and faithful replication of the genome ensures that each daughter cell will carry the same genetic information as the parent cell. Accordingly, formation of the pre RC is a very important part of the cell cycle.
Компоненты
По мере того, как организмы эволюционировали и становились все более сложными, усложнялись и их предшествующие репликационные комплексы (pre-RC). Ниже приводится краткое описание компонентов pre-RC у различных доменов жизни. У бактерий основным компонентом pre-RC является DnaA. Pre-RC считается завершенным, когда DnaA занимает все свои сайты связывания в бактериальном участке инициации репликации (oriC). Конкретные сайты на oriC, к которым связывается DnaA, определяют, обладает ли клетка bORC (бактериальным комплексом распознавания происхождения) или pre-RC. Архейный pre-RC сильно отличается от бактериального pre-RC и может служить упрощенной моделью эукариотического pre-RC. Он состоит из одного белка комплекса распознавания происхождения (ORC), Cdc6/ORC1, и гомогексамера белка поддержания минихромосом (MCM). Sulfolobus islandicus также использует гомолог Cdt1 для распознавания одного из своих участков инициации репликации. Эукариотический pre-RC является наиболее сложным и строго регулируемым. У большинства эукариот он состоит из шести белков ORC (ORC1-6), Cdc6, Cdt1 и гетерогексамера из шести белков MCM (MCM2-7). Гетерогексамер MCM, вероятно, возник в результате дупликации генов MCM и последующей дивергентной эволюции. Pre-RC Schizosaccharomyces pombe (S. pombe) заметно отличается от pre-RC других эукариот: Cdc6 заменен гомологичным белком Cdc18. Sap1 также входит в состав pre-RC S. pombe, поскольку он необходим для связывания Cdc18. Pre-RC Xenopus laevis (X. laevis) также содержит дополнительный белок MCM9, который способствует загрузке гетерогексамера MCM на участок инициации репликации.
As organisms evolved and became increasingly more complex, so did their pre RCs. The following is a summary of the components of the pre RC amongst the different domains of life. In bacteria, the main component of the pre RC is DnaA. The pre RC is complete when DnaA occupies all of its binding sites within the bacterial origin of replication (oriC). The particular sites on the oriC that DnaA binds to determines if the cell has a bORC (bacterial Origin Recognition Complex) or a pre RC. The archaeal pre RC is very different from the bacterial pre RC and can serve as a simplified model of the eukaryotic pre RC. It is composed of a single origin recognition complex (ORC) protein, Cdc6/ORC1, and a homohexamer of the minichromosome maintenance (MCM) protein. Sulfolobus islandicus also uses a Cdt1 homologue to recognize one of its replication origins. The eukaryotic pre RC is the most complex and highly regulated pre RC. In most eukaryotes it is composed of six ORC proteins (ORC1 6), Cdc6, Cdt1, and a heterohexamer of the six MCM proteins (MCM2 7). The MCM heterohexamer arguably arose via MCM gene duplication events and subsequent divergent evolution. The pre RC of Schizosaccharomyces pombe (S. pombe) is notably different from that of other eukaryotes; Cdc6 is replaced by the homologous Cdc18 protein. Sap1 is also included in the S. pombe pre RC because it is required for Cdc18 binding. The pre RC of Xenopus laevis (X. laevis) also has an additional protein, MCM9, which helps load the MCM heterohexamer onto the origin of replication.
Признание происхождения репликации
Распознавание начала репликации является критически важным первым шагом в формировании предрепликационного комплекса (pre-RC). В различных доменах жизни этот процесс осуществляется по-разному. У прокариот распознавание начала репликации осуществляется белком DnaA. DnaA прочно связывается с консенсусной последовательностью в 9 пар оснований в oriC: 5' – TTATCCACA – 3'. В пределах oriC имеется 5 таких 9-пн-последовательностей (R1–R5) и 4 неконсенсусных последовательностей (I1–I4), к которым DnaA связывается с различной аффинностью. DnaA связывает R4, R1 и R2 с высокой аффинностью, а R5, I1, I2, I3 и R3 – с меньшей аффинностью. Археи имеют 1–3 начала репликации. Начала репликации обычно представляют собой AT-богатые участки, которые варьируются в зависимости от вида археи. Единственный белок ORC археи распознает AT-богатые участки и связывает ДНК в АТФ-зависимом режиме. У эукариот обычно имеется несколько начал репликации, по крайней мере, одно на хромосому. Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) – единственный известный эукариот с определенной последовательностью инициации TTTTTATG/ATTTA/T. Эта последовательность инициации распознается ORC1–5. ORC6 не связывает ДНК в S. cerevisiae. Последовательности инициации у S. pombe и высших эукариот недостаточно хорошо определены. Однако, последовательности инициации обычно либо AT-богаты, либо демонстрируют искривленную или изогнутую топологию ДНК. Белок ORC4 известен своей способностью связывать AT-богатый участок начала репликации в S. pombe, используя AT-hook мотивы. Механизм распознавания начала репликации у высших эукариот недостаточно хорошо изучен, но предполагается, что белки ORC1–6 зависят от необычной топологии ДНК для связывания. Предрепликационный комплекс археи требует связывания ORC с началом репликации. После этого последовательно связываются Cdc6 и гомогексамерный комплекс MCM. У эукариот предрепликационный комплекс наиболее сложен. После связывания ORC1–6 с началом репликации рекрутируется Cdc6. Cdc6 рекрутирует лицензирующий фактор Cdt1 и MCM2–7. Связывание Cdt1 и гидролиз АТФ белками ORC и Cdc6 способствуют загрузке MCM2–7 на ДНК. Количество белков MCM стехиометрически превышает количество белков ORC и Cdc6, что указывает на возможность связывания нескольких гетерогексамеров MCM с каждым началом репликации. В S. cerevisiae CDK предотвращают формирование репликационного комплекса в поздних фазах G1, S и G2, исключая MCM2–7 и Cdt1 из ядра, направляя Cdc6 на деградацию протеасомой и диссоциируя ORC1–6 от хроматина посредством фосфорилирования. Известны мутации в генах ORC1, ORC4, ORC6, CDT1 и CDC6.
Recognition of the origin of replication is a critical first step in the formation of the pre RC. In different domains of life this process is accomplished differently. In prokaryotes, origin recognition is accomplished by DnaA. DnaA binds tightly to a 9 base pair consensus sequence in oriC; 5' – TTATCCACA – 3'. There are 5 such 9 bp sequences (R1 R5) and 4 non consensus sequences (I1 I4) within oriC that DnaA binds with differential affinity. DnaA binds R4, R1, and R2 with high affinity and R5, I1, I2, I3, and R3 with lesser affinity. Archaea have 1–3 origins of replication. The origins are generally AT rich tracts that vary based on the archaeal species. The singular archaeal ORC protein recognizes the AT rich tracts and binds DNA in an ATP dependent fashion. Eukaryotes typically have multiple origins of replication; at least one per chromosome. Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) is the only known eukaryote with a defined initiation sequence TTTTTATG/ATTTA/T. This initiation sequence is recognized by ORC1 5. ORC6 is not known to bind DNA in S. cerevisiae. Initiation sequences in S. pombe and higher eukaryotes are not well defined. However, the initiation sequences are generally either AT rich or exhibit bent or curved DNA topology. The ORC4 protein is known to bind the AT rich portion of the origin of replication in S. pombe using AT hook motifs. The mechanism of origin recognition in higher eukaryotes is not well understood but it is thought that the ORC1 6 proteins depend on unusual DNA topology for binding. The pre RC of archaea requires ORC binding of the origin. After this, Cdc6 and the MCM homohexameric complex bind in a sequential fashion. Eukaryotes have the most complex pre RC. After ORC1 6 bind the origin of replication, Cdc6 is recruited. Cdc6 recruits the licensing factor Cdt1 and MCM2 7. Cdt1 binding and ATP hydrolysis by the ORC and Cdc6 load MCM2 7 onto DNA. There is a stoichiometric excess of the MCM proteins over the ORC and Cdc6 proteins, indicating that there may be multiple MCM heterohexamers bound to each origin of replication. In S. cerevisiae, CDKs prevent formation of the replication complex during late G1, S, and G2 phases by excluding MCM2 7 and Cdt1 from the nucleus, targeting Cdc6 for degradation by the proteasome, and dissociating ORC1 6 from chromatin via phosphorylation. Known mutations are in the ORC1, ORC4, ORC6, CDT1, and CDC6 genes.