Репликация ДНК эукариот
Репликация ДНК в эукариотических организмах
Репликация ДНК эукариот

Репликация ДНК эукариот — это консервативный механизм, который ограничивает репликацию ДНК одним разом за клеточный цикл. Репликация ДНК эукариот хромосомной ДНК является центральной для дупликации клетки и необходима для поддержания генома эукариот .

Репликация ДНК — это действие ДНК-полимераз, синтезирующих цепь ДНК, комплементарную исходной цепи матрицы. Для синтеза ДНК двухцепочечная ДНК раскручивается ДНК- хеликазами перед полимеразами, образуя репликационную вилку, содержащую две одноцепочечные матрицы. Процессы репликации позволяют копировать одну двойную спираль ДНК в две спирали ДНК, которые разделяются на дочерние клетки при митозе . Основные ферментативные функции, выполняемые в репликационной вилке, хорошо сохраняются от прокариот до эукариот , но репликационный аппарат в репликации ДНК эукариот представляет собой гораздо более крупный комплекс, координирующий множество белков в месте репликации, образуя реплисому . [ 1]

Реплисома отвечает за копирование всей геномной ДНК в каждой пролиферативной клетке. Этот процесс обеспечивает высокоточную передачу наследственной/генетической информации от родительской клетки к дочерней и, таким образом, необходим для всех организмов. Большая часть клеточного цикла построена вокруг обеспечения того, чтобы репликация ДНК происходила без ошибок. [1]

В фазе G 1 клеточного цикла инициируются многие регуляторные процессы репликации ДНК. У эукариот подавляющее большинство синтеза ДНК происходит во время фазы S клеточного цикла, и весь геном должен быть раскручен и дуплицирован для формирования двух дочерних копий. Во время фазы G 2 любые поврежденные ДНК или ошибки репликации исправляются. Наконец, одна копия генома разделяется в каждую дочернюю клетку в митозе или фазе M. [2] Каждая из этих дочерних копий содержит одну нить из родительской дуплексной ДНК и одну зарождающуюся антипараллельную нить.

Этот механизм сохраняется от прокариот до эукариот и известен как полуконсервативная репликация ДНК. Процесс полуконсервативной репликации для сайта репликации ДНК представляет собой вилкообразную структуру ДНК, репликативную вилку, где спираль ДНК открыта или раскручена, выставляя неспаренные нуклеотиды ДНК для распознавания и спаривания оснований для включения свободных нуклеотидов в двухцепочечную ДНК. [3]

Инициация

Инициация репликации эукариотической ДНК — это первая стадия синтеза ДНК, на которой двойная спираль ДНК раскручивается, и на ведущей цепи происходит начальное праймирование ДНК-полимеразой α. Праймирование отстающей цепи устанавливает репликационную вилку. Праймирование спирали ДНК состоит из синтеза РНК-праймера, позволяющего синтезировать ДНК ДНК-полимеразой α. Праймирование происходит один раз в начале на ведущей цепи и в начале каждого фрагмента Оказаки на отстающей цепи.

Начало репликации

Репликация начинается с точек начала репликации . Последовательности ДНК, содержащие эти сайты, были первоначально выделены в конце 1970-х годов на основе их способности поддерживать репликацию плазмид , отсюда и обозначение автономно реплицирующихся последовательностей (ARS). Origins сильно различаются по своей эффективности, некоторые используются почти в каждом клеточном цикле, в то время как другие могут использоваться только в одной из тысячи S-фаз. [4] Общее количество ARS дрожжей составляет не менее 1600, но может быть более 5000, если подсчитывать менее активные сайты, [5] то есть ARS может быть каждые 2000–8000 пар оснований.

Пререпликативный комплекс

Множественные репликативные белки собираются на этих репликативных началах и диссоциируют от них, инициируя репликацию ДНК. [6] При этом образование пререпликационного комплекса (пре-РК) является ключевым промежуточным звеном в процессе инициации репликации.

Ассоциация комплекса распознавания ориджина (ORC) с ориджином репликации привлекает белок цикла клеточного деления 6 (Cdc6) для формирования платформы для загрузки комплексных белков поддержания минихромосомы (Mcm 2–7) , чему способствуют лицензирование хроматина и белок фактора репликации ДНК 1 (Cdt1). ORC, Cdc6 и Cdt1 вместе необходимы для стабильной ассоциации комплекса Mcm2-7 с репликативными ориджинами во время фазы G 1 клеточного цикла. [7]

Эукариотические начала репликации контролируют образование нескольких белковых комплексов, которые приводят к сборке двух двунаправленных репликационных вилок ДНК. Эти события инициируются образованием комплекса пре-репликации (пре-RC) в началах репликации. Этот процесс происходит на стадии G 1 клеточного цикла. Образование пре-RC включает упорядоченную сборку многих факторов репликации, включая комплекс распознавания начала (ORC), белок Cdc6, белок Cdt1 и белки обслуживания минихромосом (Mcm2-7). [8] [9] После формирования пре-RC активация комплекса запускается двумя киназами , циклин-зависимой киназой 2 (CDK) и Dbf4-зависимой киназой (DDK), которые помогают перейти пре-RC в комплекс инициации перед инициацией репликации ДНК. Этот переход включает упорядоченную сборку дополнительных факторов репликации для раскручивания ДНК и накопления множественных эукариотических ДНК-полимераз вокруг раскрученной ДНК. Центральным в вопросе о том, как двунаправленные репликационные вилки устанавливаются в точках начала репликации, является механизм, с помощью которого ORC привлекает два комплекса Mcm2-7 «голова к голове» к каждой точке начала репликации для формирования пререпликационного комплекса. [10] [11] [12]

Комплекс распознавания происхождения

Первым шагом в сборке пререпликационного комплекса (пре-RC) является связывание комплекса распознавания начала (ORC) с началом репликации. В позднем митозе белок Cdc6 присоединяется к связанному ORC, после чего следует связывание комплекса Cdt1-Mcm2-7. [13] ORC, Cdc6 и Cdt1 необходимы для загрузки комплекса поддержания минихромосомы из шести белков (Mcm 2–7) на ДНК. ORC представляет собой белковый комплекс из шести субъединиц Orc1p-6, который выбирает репликативные сайты начала на ДНК для инициации репликации, а связывание ORC с хроматином регулируется в течение клеточного цикла. [8] [14] Как правило, функция и размер субъединиц ORC сохраняются во многих эукариотических геномах, разница заключается в их расходящихся сайтах связывания ДНК.

Наиболее широко изученный комплекс распознавания ориджина — это комплекс Saccharomyces cerevisiae или дрожжей, который, как известно, связывается с автономно реплицирующейся последовательностью (ARS). [15] ORC S. cerevisiae специфически взаимодействует как с элементами A, так и с элементами B1 дрожжевых ориджинов репликации, охватывая область из 30 пар оснований . [16] Для связывания с этими последовательностями требуется АТФ . [8] [16]

Была определена атомная структура ORC S. cerevisiae, связанного с ДНК ARS. [16] Orc1, Orc2, Orc3, Orc4 и Orc5 окружают элемент A посредством двух типов взаимодействий, неспецифических к основанию и специфичных к основанию, которые изгибают ДНК в элементе A. Все пять субъединиц контактируют с остовом сахарного фосфата в нескольких точках элемента A, образуя плотное сцепление без специфичности к основанию. Orc1 и Orc2 контактируют с малой бороздкой элемента A, в то время как крылатый спиральный домен Orc4 контактирует с метильными группами инвариантных T в большой бороздке элемента A через спираль вставки (IH). Отсутствие этого IH у многоклеточных животных [16] объясняет отсутствие специфичности последовательности в ORC человека. [17] Удаление IH из Sc ORC приводит к тому, что он теряет свою специфичность к элементу A и связывается беспорядочно и преимущественно (83%) с промоторными областями. [18] ДНК ARS также изгибается в элементе B1 посредством взаимодействий с Orc2, Orc5 и Orc6. [16] Изгиб исходной ДНК ORC, по-видимому, эволюционно сохраняется, что предполагает, что он может быть необходим для механизма загрузки комплекса Mcm2-7. [16] [19]

Когда ORC связывается с ДНК в точках начала репликации, он служит в качестве каркаса для сборки других ключевых факторов инициации пререпликативного комплекса. [20] Эта сборка пререпликативного комплекса на стадии G 1 клеточного цикла необходима до активации репликации ДНК во время фазы S. [21] Удаление по крайней мере части комплекса (Orc1) из хромосомы в метафазе является частью регуляции ORC млекопитающих, чтобы гарантировать, что образование пререпликативного комплекса до завершения метафазы будет устранено. [22]

белок Cdc6

Связывание белка цикла деления клеток 6 (Cdc6) с комплексом распознавания начала (ORC) является важным этапом в сборке комплекса предварительной репликации (pre-RC) в точках начала репликации. Cdc6 связывается с ORC на ДНК АТФ-зависимым образом, что вызывает изменение в схеме связывания начала, требующей АТФазы Orc1 . [23] Cdc6 требует ORC для ассоциации с хроматином и, в свою очередь, требуется для связывания гептамера Cdt1-Mcm2-7 [13] с хроматином. [24] Комплекс ORC-Cdc6 образует кольцевую структуру и аналогичен другим АТФ-зависимым белковым машинам. Уровни и активность Cdc6 регулируют частоту, с которой точки начала репликации используются в течение клеточного цикла.

белок Cdt1

Белок лицензирования хроматина и фактора репликации ДНК 1 (Cdt1) необходим для лицензирования хроматина для репликации ДНК. [25] [26] У S. cerevisiae Cdt1 облегчает загрузку комплекса Mcm2-7 по одному за раз на хромосому, стабилизируя левостороннюю открытую кольцевую структуру одиночного гексамера Mcm2-7. [13] [27] [28] Было показано, что Cdt1 связывается с C-концом Cdc6, чтобы совместно способствовать ассоциации белков Mcm с хроматином. [29] Крио-ЭМ структура комплекса OCCM (ORC-Cdc6-Cdt1-MCM) показывает, что Cdt1-CTD взаимодействует с Mcm6-WHD. [30] У многоклеточных животных активность Cdt1 во время клеточного цикла строго регулируется его связью с белком геминином , который одновременно ингибирует активность Cdt1 во время S-фазы, чтобы предотвратить повторную репликацию ДНК, и предотвращает ее убиквитинирование и последующий протеолиз . [31]

Комплекс белков поддержания минихромосом

Белки обслуживания минихромосом (Mcm) были названы в честь генетического скрининга мутантов инициации репликации ДНК в S. cerevisiae , которые влияют на стабильность плазмиды специфическим для ARS образом . [32] Mcm2, Mcm3, Mcm4, Mcm5, Mcm6 и Mcm7 образуют гексамерный комплекс, имеющий структуру открытого кольца с зазором между Mcm2 и Mcm5. [13] Сборка белков Mcm на хроматине требует скоординированной функции комплекса распознавания источника (ORC), Cdc6 и Cdt1. [33] После того, как белки Mcm загружены на хроматин, ORC и Cdc6 могут быть удалены из хроматина, не мешая последующей репликации ДНК. Это наблюдение предполагает, что основная роль пререпликационного комплекса заключается в правильной загрузке белков Mcm. [34]

Двойной гексамер Mcm2-7, расположенный в ориентации голова к голове (NTD-to-NTD). Каждое гексамерное кольцо слегка наклонено, скручено и смещено относительно друг друга. [35] Верхняя панель, вид сбоку. Нижняя панель, вид CTD.

Белки Mcm на хроматине образуют двойной гексамер «голова к голове» с двумя кольцами, слегка наклоненными, скрученными и смещенными от центра, чтобы создать излом в центральном канале, где связанная ДНК захватывается на границе двух колец. [35] [36] Каждое гексамерное кольцо Mcm2-7 сначала служит в качестве каркаса для сборки реплисомы, а затем в качестве ядра каталитической геликазы CMG (Cdc45-MCM-GINS), которая является основным компонентом реплисомы. Каждый белок Mcm тесно связан со всеми другими, но уникальные последовательности, отличающие каждый из [18] типов субъединиц, сохраняются у всех эукариот. Все эукариоты имеют ровно шесть аналогов белка Mcm, каждый из которых попадает в один из существующих классов (Mcm2-7), что указывает на то, что каждый белок Mcm имеет уникальную и важную функцию. [37] [11]

Белки поддержания минихромосом необходимы для активности ДНК-хеликазы. Инактивация любого из шести белков Mcm во время фазы S необратимо предотвращает дальнейшее продвижение репликативной вилки, что предполагает, что геликаза не может быть переработана и должна быть собрана в точках начала репликации. [38] Наряду с активностью геликазы комплекса белков поддержания минихромосомы, комплекс также имеет связанную активность АТФазы. [39] Исследования показали, что внутри комплекса белка Mcm существуют специфические каталитические пары белков Mcm, которые функционируют вместе, координируя гидролиз АТФ. [40] Эти исследования, подтвержденные крио-ЭМ структурами комплексов Mcm2-7, [13] [35] показали, что комплекс Mcm представляет собой гексамер с субъединицами, расположенными в кольце в порядке Mcm2-Mcm6-Mcm4-Mcm7-Mcm3-Mcm5-. Оба члена каждой каталитической пары вносят вклад в конформацию, которая обеспечивает связывание и гидролиз АТФ, а смесь активных и неактивных субъединиц, предположительно, позволяет гексамерному комплексу Mcm завершить связывание и гидролиз АТФ в целом, создавая скоординированную активность АТФазы. [41]

Ядерная локализация белков поддержания минихромосомы регулируется в почкующихся дрожжевых клетках. [42] [43] Белки Mcm присутствуют в ядре на стадии G 1 и S-фазе клеточного цикла, но экспортируются в цитоплазму на стадии G 2 и M-фазе. Для проникновения в ядро ​​клетки требуется полный и неповрежденный комплекс из шести субъединиц Mcm. [44] У S. cerevisiae ядерный экспорт стимулируется активностью циклин-зависимой киназы (CDK). Белки Mcm, связанные с хроматином, защищены от механизма экспорта CDK из-за отсутствия доступа к CDK. [45]

Комплекс инициации

Во время стадии G 1 клеточного цикла факторы инициации репликации, комплекс распознавания происхождения (ORC), Cdc6, Cdt1 и белковый комплекс поддержания минихромосомы (Mcm) последовательно связываются с ДНК, образуя димер «голова к голове» кольцевого комплекса MCM, известного как пререпликационный комплекс (пре-RC). В то время как пре-RC дрожжей образует закрытый комплекс ДНК, [35] [36] [46] пре-RC человека образует открытый комплекс. [47] При переходе стадии G 1 в фазу S клеточного цикла специфичные для фазы S циклин-зависимая протеинкиназа (CDK) и киназа Cdc7/Dbf4 (DDK) превращают инертный пре-RC в активный комплекс, способный собирать две двунаправленные реплисомы. CryoEM-структуры [48] [49] [50] показали, что два DDK независимо стыкуются с интерфейсом двойного гексамера MCM, охватывающего два кольца. Последовательное фосфорилирование нескольких субстратов на NTE Mcm4, Mcm2 и Mcm6 достигается с помощью механизма колебания, при котором Dbf4 принимает различные состояния колебания для позиционирования Cdc7 над его множественными субстратами. [50] Фосфорилирование двойного гексамера MCM, в частности Mcm4-NSD, с помощью DDK необходимо для жизнеспособности дрожжей. [51] Привлечение Cdc45 и GINS следует за активацией MCM с помощью DDK и CDK.

белок Cdc45

Белок цикла деления клеток 45 (Cdc45) является критическим компонентом для преобразования пререпликативного комплекса в комплекс инициации. Белок Cdc45 собирается в точках начала репликации до инициации и необходим для начала репликации в Saccharomyces cerevisiae , а также играет важную роль во время элонгации. Таким образом, Cdc45 играет центральную роль как в фазах инициации, так и в фазах элонгации репликации хромосомной ДНК. [52]

Cdc45 ассоциируется с хроматином после начала инициации на поздней стадии G 1 и во время фазы S клеточного цикла. Cdc45 физически ассоциируется с Mcm5 и демонстрирует генетические взаимодействия с пятью из шести членов семейства генов Mcm и геном ORC2 . [53] [54] Загрузка Cdc45 на хроматин имеет решающее значение для загрузки других различных репликационных белков, включая ДНК-полимеразу α , ДНК-полимеразу ε, репликационный белок A (RPA) и ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA) на хроматин. [55] [56] [57] [58] В системе без ядра Xenopus было показано, что Cdc45 необходим для раскручивания плазмидной ДНК. [58] Система без ядра Xenopus также демонстрирует, что раскручивание ДНК и прочное связывание RPA с хроматином происходят только в присутствии Cdc45. [55]

Связывание Cdc45 с хроматином зависит от активности киназы Clb-Cdc28, а также от функциональных Cdc6 и Mcm2, что предполагает, что Cdc45 связывается с пре-RC после активации циклин-зависимых киназ S-фазы (CDK). Как показывают время и зависимость от CDK, связывание Cdc45 с хроматином имеет решающее значение для приверженности инициации репликации ДНК. Во время S-фазы Cdc45 физически взаимодействует с белками Mcm на хроматине; однако диссоциация Cdc45 от хроматина происходит медленнее, чем у Mcm, что указывает на то, что белки высвобождаются разными механизмами. [37]

ДЖИНС

Шесть белков обслуживания минихромосом и Cdc45 необходимы во время инициации и удлинения для движения репликационных вилок и для раскручивания ДНК. GINS необходимы для взаимодействия Mcm и Cdc45 в начале репликации во время инициации, а затем в репликационных вилках ДНК по мере продвижения реплисомы. [59] [60] Комплекс GINS состоит из четырех небольших белков Sld5 (Cdc105), Psf1 (Cdc101), Psf2 (Cdc102) и Psf3 (Cdc103), GINS представляет собой «go, ichi, ni, san», что означает «5, 1, 2, 3» на японском языке. [61] Cdc45, Mcm2-7 и GINS вместе образуют геликазу CMG, [62] репликативную геликазу реплисомы. Хотя комплекс Mcm2-7 сам по себе обладает слабой геликазной активностью [63], для надежной геликазной активности необходимы Cdc45 и GINS [64] [65]

Мкм10

Mcm10 необходим для репликации хромосом и взаимодействует с хеликазой поддержания минихромосомы 2-7, которая загружается в неактивной форме в начало репликации ДНК. [66] [67] Mcm10 также сопровождает каталитическую ДНК-полимеразу α и помогает стабилизировать полимеразу в репликационных вилках. [68] [69]

Киназы DDK и CDK

В начале фазы S пререпликативный комплекс должен быть активирован двумя специфичными для фазы S киназами для формирования комплекса инициации в точке начала репликации. Одна киназа — это киназа Cdc7-Dbf4, называемая Dbf4-зависимой киназой (DDK), а другая — циклин-зависимой киназой (CDK). [70] Анализы связывания хроматина с Cdc45 у дрожжей и Xenopus показали, что последующим событием действия CDK является загрузка Cdc45 на хроматин. [71] [72] Предполагается, что Cdc6 является целью действия CDK из-за связи между Cdc6 и CDK и CDK-зависимого фосфорилирования Cdc6. CDK-зависимое фосфорилирование Cdc6 считалось необходимым для входа в фазу S. [73]

Обе каталитические субъединицы DDK, Cdc7, и активаторный белок Dbf4 сохраняются у эукариот и требуются для начала S-фазы клеточного цикла. [74] [75] Как Dbf4, так и Cdc7 требуются для загрузки Cdc45 на хроматиновые точки начала репликации. Целью связывания киназы DDK является связанная с хроматином форма комплекса Mcm. [76] [77] Высокоразрешающие криоЭМ-структуры показали, что субъединица Dbf4 DDK охватывает гексамерный интерфейс связанного с ДНК MCM-DH, контактируя с Mcm2 одного гексамера и Mcm4/6 противоположного гексамера. [48] ​​[49] [50] Mcm2, Mcm4 и Mcm6 являются субстратами фосфорилирования DDK [78] [74] , но только N-концевой домен, богатый серином/треонином (NSD) Mcm4, является важной мишенью DDK. [50] [51] Фосфорилирование NSD приводит к активации активности геликазы Mcm.

Белки Dpb11, Sld3 и Sld2

Sld3, Sld2 и Dpb11 взаимодействуют со многими белками репликации. Sld3 и Cdc45 образуют комплекс, который связан с пре-RC в ранних началах репликации даже в фазе G1 1 и с более поздними началами репликации в фазе S во взаимно зависимой от Mcm манере. [79] [80] Dpb11 и Sld2 взаимодействуют с полимеразой ɛ, и эксперименты по сшиванию показали, что Dpb11 и полимераза ɛ сопреципитируют в фазе S и связываются с началами репликации. [81] [82]

Sld3 и Sld2 фосфорилируются CDK, что позволяет двум репликативным белкам связываться с Dpb11. Dpb11 имел две пары доменов BRCA1 C Terminus (BRCT), которые известны как домены связывания фосфопептида. [83] N-концевая пара доменов BRCT связывается с фосфорилированным Sld3, а C-концевая пара связывается с фосфорилированным Sld2. Оба эти взаимодействия необходимы для CDK-зависимой активации почкования ДНК у дрожжей. [84]

Dpb11 также взаимодействует с GINS и участвует в этапах инициации и удлинения репликации хромосомной ДНК. [60] [85] [86] GINS — один из белков репликации, обнаруженный в репликативных вилках, и образует комплекс с Cdc45 и Mcm.

Эти фосфорилированно-зависимые взаимодействия между Dpb11, Sld2 и Sld3 необходимы для CDK-зависимой активации репликации ДНК, и с помощью сшивающих реагентов в некоторых экспериментах был идентифицирован хрупкий комплекс, названный комплексом предварительной загрузки (pre-LC). Этот комплекс содержит Pol ɛ, GINS, Sld2 и Dpb11. Обнаружено, что pre-LC формируется до любой ассоциации с началами в CDK-зависимой и DDK-зависимой манере, а активность CDK регулирует инициацию репликации ДНК через образование pre-LC. [87]

Удлинение

Эукариотический комплекс реплисомы и ассоциированные белки. В отстающей цепи возникает петля

Образование пререпликативного комплекса (пре-RC) отмечает потенциальные сайты для инициации репликации ДНК. В соответствии с комплексом поддержания минихромосомы, окружающим двухцепочечную ДНК, образование пре-RC не приводит к немедленному раскручиванию исходной ДНК или набору ДНК-полимераз. Вместо этого пре-RC, который образуется во время G 1 клеточного цикла, активируется только для раскручивания ДНК и инициирования репликации после того, как клетки переходят из фазы G 1 в фазу S клеточного цикла. [2]

После того, как комплекс инициации сформирован и клетки переходят в фазу S, комплекс становится реплисомой. Эукариотический комплекс реплисомы отвечает за координацию репликации ДНК. Репликация на лидирующей и отстающей цепях выполняется ДНК-полимеразой ε и ДНК-полимеразой δ. Многие факторы реплисомы, включая Claspin, And1, фактор репликации C, загрузчик зажима и комплекс защиты вилки, отвечают за регулирование функций полимеразы и координацию синтеза ДНК с раскручиванием матричной цепи комплексом Cdc45-Mcm-GINS. По мере раскручивания ДНК число скручиваний уменьшается. Чтобы компенсировать это, число скручиваний увеличивается, вводя положительные супервитки в ДНК. Эти супервитки привели бы к остановке репликации ДНК, если бы их не удалить. Топоизомеразы отвечают за удаление этих супервитков перед репликационной вилкой.

Реплисома отвечает за копирование всей геномной ДНК в каждой пролиферативной клетке. Спаривание оснований и реакции образования цепи, которые формируют дочернюю спираль, катализируются ДНК-полимеразами. [88] Эти ферменты перемещаются по одноцепочечной ДНК и позволяют удлинять зарождающуюся цепь ДНК, «считывая» цепь-шаблон и позволяя включать надлежащие пуриновые нуклеиновые основания , аденин и гуанин , и пиримидиновые нуклеиновые основания, тимин и цитозин . Активированные свободные дезоксирибонуклеотиды существуют в клетке в виде дезоксирибонуклеотидтрифосфатов (dNTP). Эти свободные нуклеотиды добавляются к открытой 3'-гидроксильной группе на последнем включенном нуклеотиде. В этой реакции пирофосфат высвобождается из свободного dNTP, генерируя энергию для реакции полимеризации и открывая 5'-монофосфат, который затем ковалентно связывается с 3'-кислородом. Кроме того, неправильно вставленные нуклеотиды могут быть удалены и заменены правильными нуклеотидами в энергетически выгодной реакции. Это свойство имеет жизненно важное значение для правильной проверки и исправления ошибок, которые возникают во время репликации ДНК.

Репликационная вилка

Репликационная вилка — это соединение между вновь разделенными цепями матрицы, известными как ведущая и отстающая цепи, и двухцепочечной ДНК. Поскольку дуплексная ДНК антипараллельна, репликация ДНК происходит в противоположных направлениях между двумя новыми цепями в репликационной вилке, но все ДНК-полимеразы синтезируют ДНК в направлении от 5' к 3' относительно вновь синтезированной цепи. Во время репликации ДНК требуется дальнейшая координация. Две репликативные полимеразы синтезируют ДНК в противоположных ориентациях. Полимераза ε синтезирует ДНК на «ведущей» цепи ДНК непрерывно, поскольку она указывает в том же направлении, что и ДНК, раскручиваемая реплисомой. Напротив, полимераза δ синтезирует ДНК на «отстающей» цепи, которая является противоположной цепью матрицы ДНК, фрагментарно или прерывисто.

Прерывистые участки продуктов репликации ДНК на отстающей нити известны как фрагменты Оказаки и имеют длину около 100-200 оснований в эукариотических репликационных вилках. Отстающая нить обычно содержит более длинные участки одноцепочечной ДНК, которая покрыта одноцепочечными связывающими белками, которые помогают стабилизировать одноцепочечные шаблоны, предотвращая образование вторичной структуры. У эукариот эти одноцепочечные связывающие белки представляют собой гетеротримерный комплекс, известный как репликационный белок A (RPA). [89]

Каждому фрагменту Оказаки предшествует РНК-праймер, который замещается процессией следующего фрагмента Оказаки во время синтеза. РНКаза H распознает гибриды ДНК:РНК, которые создаются с помощью РНК-праймеров, и отвечает за их удаление из реплицированной цепи, оставляя после себя соединение праймер:матрица. ДНК-полимераза α распознает эти сайты и удлиняет разрывы, оставленные удалением праймера. В эукариотических клетках небольшое количество сегмента ДНК непосредственно перед РНК-праймером также замещается, создавая структуру лоскута. Затем этот лоскут расщепляется эндонуклеазами. На репликационной вилке разрыв в ДНК после удаления лоскута запечатывается ДНК-лигазой I , которая восстанавливает разрывы, оставшиеся между 3'-ОН и 5'фосфатом вновь синтезированной цепи. [90] Из-за относительно короткой природы эукариотического фрагмента Оказаки, синтез репликации ДНК, происходящий прерывисто на отстающей цепи, менее эффективен и более трудоемок, чем синтез ведущей цепи. Синтез ДНК завершается, как только все праймеры РНК удалены и зарубки исправлены.

Изображение репликации ДНК в репликационной вилке. a : нити матрицы, b : ведущая нить, c : отстающая нить, d : репликационная вилка, e : праймер РНК, f : фрагмент Оказаки

Ведущая нить

Во время репликации ДНК реплисома раскручивает родительскую дуплексную ДНК в двухцепочечную репликационную вилку шаблона ДНК в направлении от 5' до 3'. Ведущая нить — это нить шаблона, которая реплицируется в том же направлении, что и движение репликативной вилки. Это позволяет синтезировать вновь синтезированную нить, комплементарную исходной нити, от 5' до 3' в том же направлении, что и движение репликативной вилки. [91]

После того, как праймер РНК был добавлен праймазой к 3'-концу ведущей цепи, синтез ДНК будет продолжаться в направлении от 3' до 5' относительно ведущей цепи непрерывно. ДНК-полимераза ε будет непрерывно добавлять нуклеотиды к матричной цепи, поэтому для синтеза ведущей цепи требуется только один праймер и непрерывная активность ДНК-полимеразы. [92]

Отстающая прядь

Репликация ДНК на отстающей цепи прерывистая. При синтезе отстающей цепи движение ДНК-полимеразы в противоположном направлении репликационной вилки требует использования нескольких РНК-праймеров . ДНК-полимераза синтезирует короткие фрагменты ДНК, называемые фрагментами Оказаки , которые добавляются к 3'-концу праймера. Эти фрагменты могут быть длиной от 100 до 400 нуклеотидов у эукариот. [93]

В конце синтеза фрагмента Оказаки ДНК-полимераза δ сталкивается с предыдущим фрагментом Оказаки и смещает его 5'-конец, содержащий праймер РНК и небольшой сегмент ДНК. Это создает одноцепочечный лоскут РНК-ДНК, который должен быть расщеплен, а разрыв между двумя фрагментами Оказаки должен быть запечатан ДНК-лигазой I. Этот процесс известен как созревание фрагмента Оказаки и может осуществляться двумя способами: один механизм обрабатывает короткие лоскуты, в то время как другой имеет дело с длинными лоскутами. [94] ДНК-полимераза δ способна смещать до 2–3 нуклеотидов ДНК или РНК перед их полимеризацией, создавая короткий субстрат «лоскута» для Fen1 , который может удалять нуклеотиды из лоскута, по одному нуклеотиду за раз.

Повторяя циклы этого процесса, ДНК-полимераза δ и Fen1 могут координировать удаление РНК-праймеров и оставлять разрыв ДНК на отстающей нити. [95] Было высказано предположение, что этот итеративный процесс предпочтительнее для клетки, поскольку он жестко регулируется и не создает больших лоскутов, которые необходимо вырезать. [96] В случае нерегулируемой активности Fen1/ДНК-полимеразы δ клетка использует альтернативный механизм для создания и обработки длинных лоскутов с помощью Dna2, который обладает как геликазной, так и нуклеазной активностью. [97] Нуклеазная активность Dna2 необходима для удаления этих длинных лоскутов, оставляя более короткий лоскут для обработки Fen1. Исследования с помощью электронной микроскопии показывают, что загрузка нуклеосомы на отстающую нить происходит очень близко к месту синтеза. [98] Таким образом, созревание фрагмента Оказаки является эффективным процессом, который происходит сразу после синтеза зарождающейся ДНК.

Репликативные ДНК-полимеразы

После того, как репликативная геликаза раскрутила родительский дуплекс ДНК, обнажив две одноцепочечные ДНК-матрицы, репликативные полимеразы необходимы для создания двух копий родительского генома. Функция ДНК-полимеразы является высокоспециализированной и осуществляет репликацию на определенных матрицах и в узких локализациях. В эукариотической репликационной вилке есть три различных репликативных полимеразных комплекса, которые способствуют репликации ДНК: полимераза α, полимераза δ и полимераза ε. Эти три полимеразы необходимы для жизнеспособности клетки. [99]

Поскольку ДНК-полимеразы требуют праймера, с которого начинается синтез ДНК, полимераза α (Pol α) действует как репликативная праймаза. Pol α связана с РНК-праймазой, и этот комплекс выполняет задачу праймирования, синтезируя праймер, который содержит короткий 10-нуклеотидный участок РНК, за которым следуют 10–20 оснований ДНК. [3] Важно, что это праймирующее действие происходит при инициации репликации в точках начала синтеза ведущей цепи, а также на 5'-конце каждого фрагмента Оказаки на отстающей цепи.

Однако Pol α не может продолжать репликацию ДНК и должна быть заменена другой полимеразой для продолжения синтеза ДНК. [100] Для переключения полимеразы требуются загрузчики зажимов, и было доказано, что нормальная репликация ДНК требует скоординированных действий всех трех ДНК-полимераз: Pol α для синтеза прайминга, Pol ε для репликации ведущей цепи и Pol δ, которая постоянно загружена, для генерации фрагментов Оказаки во время синтеза отстающей цепи. [101]

  • Полимераза α (Pol α) : образует комплекс с небольшой каталитической субъединицей (PriS) и большой некаталитической субъединицей (PriL). [102] Во-первых, синтез праймера РНК позволяет синтезировать ДНК ДНК-полимеразой альфа. Происходит один раз в начале на ведущей нити и в начале каждого фрагмента Оказаки на отстающей нити. Субъединицы Pri действуют как праймаза, синтезируя праймер РНК. ДНК Pol α удлиняет новообразованный праймер с помощью нуклеотидов ДНК. Примерно через 20 нуклеотидов удлинение берет на себя Pol ε на ведущей нити и Pol δ на отстающей нити. [103]
  • Полимераза δ (Pol δ) : высокопроцессивная и имеет корректирующую, 3'->5' экзонуклеазную активность. In vivo это основная полимераза, участвующая как в синтезе отстающей цепи , так и в синтезе ведущей цепи. [104]
  • Полимераза ε (Pol ε) : высокопроцессивная и имеет корректирующую, 3'->5' экзонуклеазную активность. Тесно связана с pol δ, in vivo она функционирует в основном при проверке ошибок pol δ. [104]

Комплекс геликазы Cdc45–Mcm–GINS

ДНК- хеликазы и полимеразы должны оставаться в тесном контакте на репликационной вилке. Если раскручивание происходит слишком далеко до синтеза, обнажаются большие участки одноцепочечной ДНК. Это может активировать сигнализацию повреждения ДНК или вызывать процессы репарации ДНК. Чтобы предотвратить эти проблемы, эукариотическая реплисома содержит специализированные белки, которые предназначены для регулирования активности геликазы перед репликационной вилкой. Эти белки также обеспечивают места стыковки для физического взаимодействия между геликазами и полимеразами, тем самым гарантируя, что дуплексное раскручивание сопряжено с синтезом ДНК. [105]

Для функционирования ДНК-полимераз двухцепочечная спираль ДНК должна быть раскручена, чтобы обнажить две одноцепочечные ДНК-матрицы для репликации. ДНК-геликазы отвечают за раскручивание двухцепочечной ДНК во время репликации хромосом. Геликазы в эукариотических клетках чрезвычайно сложны. [106] Каталитическое ядро ​​хеликазы состоит из шести белков поддержания минихромосомы (Mcm2-7), образующих гексамерное кольцо. Вдали от ДНК белки Mcm2-7 образуют один гетерогексамер и загружаются в неактивной форме в начала репликации ДНК в виде двойных гексамеров голова к голове вокруг двухцепочечной ДНК. [106] [107] Белки Mcm привлекаются к началам репликации, а затем перераспределяются по всей геномной ДНК во время фазы S, что указывает на их локализацию в репликационной вилке. [54]

Загрузка белков Mcm может происходить только во время G 1 клеточного цикла, а затем загруженный комплекс активируется во время фазы S путем привлечения белка Cdc45 и комплекса GINS для формирования активной геликазы Cdc45–Mcm–GINS (CMG) на репликационных вилках ДНК. [62] [108] Активность Mcm необходима на протяжении всей фазы S для репликации ДНК. [38] [109] Различные регуляторные факторы собираются вокруг геликазы CMG для образования «комплекса прогрессии реплисомы», который ассоциируется с ДНК-полимеразами для формирования эукариотической реплисомы, структура которой все еще довольно плохо определена по сравнению с ее бактериальным аналогом. [59] [110]

Изолированные геликаза CMG и комплекс прогрессии реплисомы содержат один комплекс белкового кольца Mcm, что позволяет предположить, что загруженный двойной гексамер белков Mcm в точках начала может быть разбит на два отдельных гексамерных кольца в ходе процесса инициации, при этом каждое кольцо белкового комплекса Mcm образует ядро ​​геликазы CMG в двух репликационных вилках, установленных из каждой точки начала. [59] [62] Полный комплекс CMG необходим для раскручивания ДНК, а комплекс CDC45-Mcm-GINS является функциональной ДНК-хеликазой в эукариотических клетках. [64]

Белки Ctf4 и And1

Комплекс CMG взаимодействует с реплисомой посредством взаимодействия с белками Ctf4 и And1. Белки Ctf4/And1 взаимодействуют как с комплексом CMG, так и с ДНК-полимеразой α. [111] Ctf4 является вспомогательным фактором полимеразы α, который необходим для привлечения полимеразы α к точкам начала репликации. [112]

Белки Mrc1 и Claspin

Белки Mrc1/Claspin связывают синтез ведущей цепи с активностью хеликазы комплекса CMG. Mrc1 взаимодействует с полимеразой ε, а также с белками Mcm. [113] Важность этой прямой связи между хеликазой и полимеразой ведущей цепи подчеркивается результатами в культивируемых клетках человека, где Mrc1/Claspin необходим для эффективного продвижения репликативной вилки. [114] Эти результаты показывают, что эффективная репликация ДНК также требует связывания хеликаз и синтеза ведущей цепи...

Ядерный антиген пролиферирующих клеток

ДНК-полимеразы требуют дополнительных факторов для поддержки репликации ДНК. ДНК-полимеразы имеют полузакрытую структуру «руки», которая позволяет полимеразе загружаться на ДНК и начинать транслокацию. Эта структура позволяет ДНК-полимеразе удерживать одноцепочечную ДНК-матрицу, включать dNTP в активный сайт и высвобождать новообразованную двухцепочечную ДНК. Однако структура ДНК-полимераз не допускает постоянного стабильного взаимодействия с ДНК-матрицей. [1]

Для усиления взаимодействия между полимеразой и шаблонной ДНК скользящие зажимы ДНК связываются с полимеразой, способствуя процессивности репликативной полимеразы. У эукариот скользящий зажим представляет собой гомотримерную кольцевую структуру, известную как ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA). Кольцо PCNA имеет полярность с поверхностями, которые взаимодействуют с ДНК-полимеразами и надежно привязывают их к шаблону ДНК. PCNA-зависимая стабилизация ДНК-полимераз оказывает значительное влияние на репликацию ДНК, поскольку PCNA способны усиливать процессивность полимеразы до 1000 раз. [115] [116] PCNA является важным кофактором и отличается тем, что является одной из наиболее распространенных платформ взаимодействия в реплисоме для размещения множественных процессов в репликационной вилке, и поэтому PCNA также рассматривается как регуляторный кофактор для ДНК-полимераз. [117]

Фактор репликации С

PCNA полностью охватывает матрицу ДНК и должен быть загружен на ДНК в репликативной вилке. В ведущей цепи загрузка PCNA является редким процессом, поскольку репликация ДНК в ведущей цепи непрерывна до тех пор, пока репликация не будет завершена. Однако в отстающей цепи ДНК-полимераза δ должна постоянно загружаться в начале каждого фрагмента Оказаки. Эта постоянная инициация синтеза фрагмента Оказаки требует повторной загрузки PCNA для эффективной репликации ДНК.

Загрузка PCNA осуществляется комплексом фактора репликации C (RFC). Комплекс RFC состоит из пяти АТФаз: Rfc1, Rfc2, Rfc3, Rfc4 и Rfc5. [118] RFC распознает соединения праймер-матрица и загружает PCNA в эти сайты. [119] [120] Гомотример PCNA открывается RFC путем гидролиза АТФ, а затем загружается на ДНК в правильной ориентации для облегчения его ассоциации с полимеразой. [121] [122] Загрузчики зажимов также могут выгружать PCNA из ДНК; механизм, необходимый, когда репликация должна быть завершена. [122]

Остановившаяся репликационная вилка

Репликация ДНК в репликационной вилке может быть остановлена ​​из-за нехватки дезоксинуклеотидтрифосфатов (dNTP) или повреждения ДНК, что приводит к репликационному стрессу . [123] Эта остановка репликации описывается как заторможенная репликационная вилка . Комплекс белков защиты вилки стабилизирует репликационную вилку до тех пор, пока не будут устранены повреждения ДНК или другие проблемы репликации. [123] Длительная задержка репликационной вилки может привести к дальнейшему повреждению ДНК. Сигналы остановки дезактивируются, если проблемы, вызывающие репликационную вилку, решены. [123]

Прекращение

Изображение теломеразы, постепенно удлиняющей теломерную ДНК.

Прекращение репликации эукариотической ДНК требует различных процессов в зависимости от того, являются ли хромосомы кольцевыми или линейными. В отличие от линейных молекул, кольцевые хромосомы способны реплицировать всю молекулу. Однако две молекулы ДНК останутся связанными вместе. Эта проблема решается путем декатенации двух молекул ДНК топоизомеразой типа II . Топоизомеразы типа II также используются для разделения линейных цепей, поскольку они сложно свернуты в нуклеосому внутри клетки.

Как упоминалось ранее, линейные хромосомы сталкиваются с другой проблемой, которая не наблюдается при кольцевой репликации ДНК. Из-за того, что для инициации синтеза ДНК требуется праймер РНК, отстающая цепь находится в невыгодном положении при репликации всей хромосомы. В то время как ведущая цепь может использовать один праймер РНК для удлинения 5'-конца реплицирующейся цепи ДНК, несколько праймеров РНК отвечают за синтез отстающей цепи, создавая фрагменты Оказаки. Это приводит к проблеме из-за того, что ДНК-полимераза может добавлять только к 3'-концу цепи ДНК. Действие 3'-5' ДНК-полимеразы вдоль родительской цепи оставляет короткую одноцепочечную область ДНК (ssDNA) на 3'-конце родительской цепи, когда фрагменты Оказаки были восстановлены. Поскольку репликация происходит в противоположных направлениях на противоположных концах родительских хромосом, каждая цепь является отстающей цепью на одном конце. Со временем это приведет к прогрессивному укорочению обеих дочерних хромосом . Это известно как проблема репликации конца. [1]

Проблема репликации концов решается в эукариотических клетках с помощью участков теломер и теломеразы . Теломеры удлиняют 3'-конец родительской хромосомы за пределы 5'-конца дочерней цепи. Эта одноцепочечная структура ДНК может выступать в качестве источника репликации, который рекрутирует теломеразу. Теломераза — это специализированная ДНК-полимераза, состоящая из нескольких белковых субъединиц и компонента РНК. Компонент РНК теломеразы отжигается с одноцепочечным 3'-концом шаблонной ДНК и содержит 1,5 копии теломерной последовательности. [93] Теломераза содержит белковую субъединицу, которая является обратной транскриптазой, называемой обратной транскриптазой теломеразы или TERT. TERT синтезирует ДНК до конца шаблонной теломеразной РНК, а затем отсоединяется. [93] Этот процесс можно повторять столько раз, сколько необходимо, с удлинением 3'-конца родительской молекулы ДНК. Это 3'-добавление обеспечивает шаблон для удлинения 5'-конца дочерней цепи путем синтеза отстающей цепи ДНК. Регуляция активности теломеразы осуществляется белками, связывающими теломеры.

Барьеры репликационной вилки

Репликация ДНК у прокариот двунаправленная; в репликативном начале комплексы реплисом создаются на каждом конце начала репликации, и реплисомы отдаляются друг от друга от начальной точки. У прокариот двунаправленная репликация начинается в одном репликативном начале на кольцевой хромосоме и заканчивается на участке, противоположном начальному началу начала. [124] Эти области терминации имеют последовательности ДНК, известные как сайты Ter . Эти сайты Ter связаны белком Tus. Комплекс Ter -Tus способен останавливать активность геликазы, завершая репликацию. [125]

В эукариотических клетках прекращение репликации обычно происходит посредством столкновения двух репликативных вилок между двумя активными началами репликации. Место столкновения зависит от времени срабатывания начала. Таким образом, если вилка репликации останавливается или разрушается в определенном месте, репликация этого места может быть спасена, когда реплисома, движущаяся в противоположном направлении, завершает копирование области. Существуют запрограммированные барьеры репликативной вилки (RFB), связанные белками RFB в различных местах по всему геному, которые способны прекращать или приостанавливать репликационные вилки, останавливая прогрессирование реплисомы. [124]

Фабрики репликации

Было обнаружено, что репликация происходит локализованным образом в ядре клетки. Вопреки традиционному взгляду на перемещение репликационных вилок вдоль застойной ДНК, возникла концепция репликационных фабрик , которая означает, что репликационные вилки концентрируются в некоторых иммобилизованных «фабричных» регионах, через которые нити ДНК-матрицы проходят как конвейерные ленты. [126]

Регуляция клеточного цикла

Клеточный цикл эукариотических клеток .​

Репликация ДНК — это жестко организованный процесс, который контролируется в контексте клеточного цикла . Прогресс в клеточном цикле и, в свою очередь, репликация ДНК жестко регулируются образованием и активацией пререпликативных комплексов (пре-RC), что достигается посредством активации и инактивации циклин-зависимых киназ (Cdks, CDK). В частности, именно взаимодействия циклинов и циклин-зависимых киназ отвечают за переход из G 1 в S-фазу.

Во время фазы G 1 клеточного цикла наблюдается низкий уровень активности CDK. Этот низкий уровень активности CDK позволяет образовывать новые комплексы pre-RC, но недостаточен для инициирования репликации ДНК вновь образованными pre-RC. Во время остальных фаз клеточного цикла наблюдается повышенный уровень активности CDK. Этот высокий уровень активности CDK отвечает за инициирование репликации ДНК, а также за ингибирование образования новых комплексов pre-RC. [2] После инициирования репликации ДНК комплекс pre-RC разрушается. Из-за того, что уровни CDK остаются высокими во время фаз S, G 2 и M клеточного цикла, новые комплексы pre-RC не могут быть образованы. Все это помогает гарантировать, что никакая инициация не может произойти до тех пор, пока деление клетки не будет завершено.

В дополнение к циклин-зависимым киназам, новый раунд репликации, как полагают, предотвращается посредством подавления Cdt1. Это достигается посредством деградации Cdt1, а также посредством ингибирующего действия белка, известного как геминин . Геминин прочно связывается с Cdt1 и считается основным ингибитором повторной репликации. [2] Геминин впервые появляется в S-фазе и деградирует при переходе метафаза-анафаза, возможно, посредством убиквинации комплексом, способствующим анафазе (APC). [127]

Различные контрольные точки клеточного цикла присутствуют на протяжении всего клеточного цикла, которые определяют, пройдет ли клетка через деление полностью. Важно, что в репликации контрольная точка G 1 , или рестриктная, определяет, начнется ли инициация репликации или клетка будет помещена в стадию покоя, известную как G 0 . Клетки на стадии G 0 клеточного цикла не могут инициировать раунд репликации, поскольку белки обслуживания минихромосомы не экспрессируются. Переход в S-фазу указывает на начало репликации.

Белки контрольной точки репликации

Для сохранения генетической информации во время деления клетки репликация ДНК должна быть выполнена с высокой точностью. Для выполнения этой задачи в эукариотических клетках в определенных точках процесса репликации присутствуют белки, которые способны обнаруживать любые ошибки во время репликации ДНК и сохранять целостность генома. Эти белки контрольных точек способны остановить клеточный цикл от перехода в митоз, чтобы дать время для восстановления ДНК. Белки контрольных точек также участвуют в некоторых путях восстановления ДНК, при этом они стабилизируют структуру репликационной вилки, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение. Эти белки контрольных точек необходимы для предотвращения передачи мутаций или других хромосомных аберраций потомству.

Эукариотические белки контрольных точек хорошо сохранились и включают две фосфатидилинозитол-3-киназные киназы (PIKK), ATR и ATM . Оба ATR и ATM имеют общую целевую последовательность фосфорилирования, мотив SQ/TQ, но их индивидуальные роли в клетках различаются. [128]

ATR участвует в остановке клеточного цикла в ответ на двухцепочечные разрывы ДНК. ATR имеет обязательного партнера контрольной точки, ATR-взаимодействующий белок (ATRIP), и вместе эти два белка реагируют на участки одноцепочечной ДНК, покрытые репликационным белком A (RPA). [129] Образование одноцепочечной ДНК происходит часто, чаще всего во время репликационного стресса. ATR-ATRIP способен останавливать клеточный цикл, чтобы сохранить целостность генома. ATR находится на хроматине во время S-фазы, подобно RPA и класпину. [130]

Генерация одноцепочечных ДНК-трактов важна для инициирования путей контрольных точек ниже повреждения репликации. Как только одноцепочечная ДНК становится достаточно длинной, одноцепочечная ДНК, покрытая RPA, способна рекрутировать ATR-ATRIP. [131] Для того чтобы стать полностью активной, киназа ATR полагается на сенсорные белки, которые определяют, локализованы ли белки контрольных точек в допустимом месте стресса репликации ДНК. Гетеротримерный зажим RAD9 - HUS1 - Rad1 (9-1-1) и его загрузчик зажима RFC Rad17 способны распознавать зазоры или разрывы ДНК. Загрузчик зажима RFC Rad17 загружает 9-1-1 на поврежденную ДНК. [132] Присутствия 9-1-1 на ДНК достаточно для облегчения взаимодействия между ATR-ATRIP и группой белков, называемых медиаторами контрольных точек, такими как TOPBP1 и Mrc1/ claspin . TOPBP1 взаимодействует с фосфорилированным компонентом Rad9 9-1-1 и привлекает его, а также связывает ATR-ATRIP, который фосфорилирует Chk1. [133] Mrc1/Claspin также необходим для полной активации ATR-ATRIP, который фосфорилирует Chk1, основную нисходящую эффекторную киназу контрольной точки. [134] Claspin является компонентом реплисомы и содержит домен для стыковки с Chk1, что раскрывает специфическую функцию Claspin во время репликации ДНК: содействие передаче сигналов контрольной точки в реплисоме. [135]

Сигнализация Chk1 жизненно важна для остановки клеточного цикла и предотвращения входа клеток в митоз с неполной репликацией ДНК или повреждением ДНК. Зависимое от Chk1 ингибирование Cdk важно для функционирования контрольной точки ATR-Chk1 и для остановки клеточного цикла и предоставления достаточного времени для завершения механизмов репарации ДНК, что, в свою очередь, предотвращает наследование поврежденной ДНК. Кроме того, зависимое от Chk1 ингибирование Cdk играет решающую роль в ингибировании срабатывания ориджина во время фазы S. Этот механизм предотвращает непрерывный синтез ДНК и необходим для защиты генома в присутствии репликационного стресса и потенциальных генотоксических условий. [136] Таким образом, активность ATR-Chk1 дополнительно предотвращает потенциальные проблемы репликации на уровне отдельных ориджинов репликации, ингибируя инициацию репликации по всему геному, пока не будет выключен сигнальный каскад, поддерживающий остановку клеточного цикла.

Репликация через нуклеосомы

Изображение репликации через гистоны. Гистоны удаляются из ДНК комплексом FACT и Asf1. Гистоны повторно собираются на вновь реплицированной ДНК после репликационной вилки с помощью CAF-1 и Rtt106.

Эукариотическая ДНК должна быть плотно сжата, чтобы поместиться в ограниченном пространстве ядра. Хромосомы упакованы путем обертывания 147 нуклеотидов вокруг октамера гистоновых белков, образуя нуклеосому . Нуклеосомный октамер включает две копии каждого гистона H2A , H2B , H3 и H4 . Из-за тесной связи гистоновых белков с ДНК эукариотические клетки имеют белки, которые предназначены для ремоделирования гистонов перед репликационной вилкой, чтобы обеспечить плавное продвижение реплисомы. [137] Существуют также белки, участвующие в повторной сборке гистонов позади репликационной вилки для восстановления конформации нуклеосомы. [138]

Известно, что существует несколько шаперонов гистонов, которые участвуют в сборке нуклеосом после репликации. Было обнаружено, что комплекс FACT взаимодействует с комплексом ДНК-полимеразы α-праймазы, а субъединицы комплекса FACT генетически взаимодействуют с факторами репликации. [139] [140] Комплекс FACT представляет собой гетеродимер, который не гидролизует АТФ, но способен способствовать «ослаблению» гистонов в нуклеосомах, но то, как комплекс FACT способен ослабить тесную связь гистонов для удаления ДНК, остается без ответа. [141]

Другим шапероном гистонов, который ассоциируется с реплисомой, является Asf1 , который взаимодействует с комплексом Mcm, зависящим от димеров гистонов H3-H4. [142] Asf1 способен передавать вновь синтезированный димер H3-H4 факторам депонирования за репликационной вилкой, и эта активность делает димеры гистонов H3-H4 доступными в месте депонирования гистонов сразу после репликации. [143] Asf1 (и его партнер Rtt109) также участвует в ингибировании экспрессии генов из реплицированных генов во время S-фазы. [144]

Фактор сборки гетеротримерного шаперона хроматина 1 ( CAF-1 ) представляет собой белок формирования хроматина, который участвует в отложении гистонов на обеих вновь реплицированных цепях ДНК для формирования хроматина. [145] CAF-1 содержит PCNA-связывающий мотив, называемый PIP-боксом, который позволяет CAF-1 связываться с реплисомой через PCNA и способен откладывать димеры гистонов H3-H4 на вновь синтезированную ДНК. [146] [147] Шаперон Rtt106 также участвует в этом процессе и связан с димерами CAF-1 и H3-H4 во время формирования хроматина. [148] Эти процессы загружают вновь синтезированные гистоны на ДНК.

После отложения гистонов H3-H4 нуклеосомы образуются путем ассоциации гистона H2A-H2B. Считается, что этот процесс происходит через комплекс FACT, поскольку он уже связан с реплисомой и способен связывать свободный H2A-H2B, или существует вероятность наличия другого шаперона H2A-H2B, Nap1. [149] Исследования с помощью электронной микроскопии показывают, что это происходит очень быстро, поскольку можно наблюдать, как нуклеосомы образуют всего несколько сотен пар оснований после репликационной вилки. [150] Таким образом, весь процесс образования новых нуклеосом происходит сразу после репликации из-за связи шаперонов гистонов с реплисомой.

Сравнение репликации ДНК прокариот и эукариот

По сравнению с репликацией ДНК прокариот , а именно у бактерий, завершение репликации ДНК эукариот является более сложным и включает в себя несколько точек начала репликации и репликативных белков для выполнения. ДНК прокариот организована в кольцевую форму и имеет только одну точку начала репликации, когда начинается репликация. Напротив, ДНК эукариот является линейной. При репликации существует до тысячи точек начала репликации. [151]

Эукариотическая ДНК двунаправленная. Здесь значение слова «двунаправленный» отличается. Эукариотическая линейная ДНК имеет много начал (называемых O) и концов (называемых T). «T» присутствует справа от «O». Один «O» и один «T» вместе образуют один репликон. После образования преинициативного комплекса, когда один репликон начинает удлинение, инициация начинается во втором репликоне. Теперь, если первый репликон движется по часовой стрелке, второй репликон движется против часовой стрелки, пока не достигнет «T» первого репликона. В «T» оба репликона сливаются, чтобы завершить процесс репликации. Тем временем второй репликон также движется в прямом направлении, чтобы встретиться с третьим репликоном. Это движение по часовой стрелке и против часовой стрелки двух репликонов называется двунаправленной репликацией.

Эукариотическая репликация ДНК требует точной координации всех ДНК-полимераз и связанных белков для репликации всего генома каждый раз, когда клетка делится. Этот процесс достигается посредством серии этапов белковых сборок в точках начала репликации, в основном фокусируя регуляцию репликации ДНК на ассоциации геликазы MCM с ДНК. Эти точки начала репликации направляют количество белковых комплексов, которые будут образовываться для инициирования репликации. При бактериальной репликации ДНК регуляция фокусируется на связывании белка-инициатора DnaA с ДНК, причем инициация репликации происходит несколько раз в течение одного клеточного цикла. [93] Как прокариотическая, так и эукариотическая ДНК используют связывание АТФ и гидролиз для управления загрузкой геликазы, и в обоих случаях геликаза загружается в неактивной форме. Однако эукариотические геликазы представляют собой двойные гексамеры, которые загружаются на двухцепочечную ДНК, тогда как бактериальные геликазы представляют собой одинарные гексамеры, загружаемые на одноцепочечную ДНК. [152]

Сегрегация хромосом — еще одно различие между прокариотическими и эукариотическими клетками. Быстро делящиеся клетки, такие как бактерии, часто начинают разделять хромосомы, которые все еще находятся в процессе репликации. В эукариотических клетках сегрегация хромосом в дочерние клетки не начинается, пока репликация не будет завершена во всех хромосомах. [93] Однако, несмотря на эти различия, лежащий в основе процесс репликации одинаков как для прокариотической, так и для эукариотической ДНК.

Репликация бактериальной ДНКРепликация ДНК эукариот
Происходит внутри цитоплазмыПроисходит внутри ядра
Только одна точка начала репликации на молекулу ДНКИмеют много точек начала репликации в каждой хромосоме
Длина точки начала репликации составляет около 100-200 и более нуклеотидов.Каждая точка начала репликации состоит примерно из 150 нуклеотидов.
Репликация происходит в одной точке каждой хромосомыРепликация происходит в нескольких точках одновременно в каждой хромосоме.
Имеют только одну точку начала репликацииИмеет несколько точек начала репликации
Инициация осуществляется белками DnaA и DnaB.Инициация осуществляется Комплексом Распознавания Происхождения.
Топоизомераза необходимаТопоизомераза необходима
Репликация происходит очень быстроРепликация очень медленная

Список белков репликации ДНК эукариот

Список основных белков, участвующих в репликации ДНК эукариот:

БелокФункция в репликации ДНК эукариот
И1Загружает ДНК-полимеразу α на хроматин вместе с комплексом CMG на отстающей цепи. Также известен как Ctf4 в почкующихся дрожжах.
Cdc45Требуется для этапов инициации и удлинения репликации ДНК. Часть комплекса геликазы Mcm2-7. Требуется после этапа pre-RC для загрузки различных белков для инициации и удлинения.
Комплекс Cdc45-Mcm-GINS (CMG)Функциональная ДНК-хеликаза в эукариотических клетках
Cdc6Требуется для сборки комплекса Mcm2-7 в ORC совместно с Cdt1.
Киназа Cdc7-Dbf4 или Dbf4-зависимая киназа (DDK)Протеинкиназа, необходимая для инициации репликации ДНК, вероятно, посредством фосфорилирования белков, поддерживающих минихромосому.
Кдт1Загружает комплекс Mcm2-7 на ДНК в ORC на этапе до RC/лицензирования. Ингибируется у метазоа геминином.
ЗастежкаСинтез ведущей цепи сопряжения с активностью хеликазы комплекса CMG. Работает с Mrc1
Ctf4Загружает ДНК-полимеразу α на хроматин вместе с комплексом CMG на отстающей цепи. Гомолог у метазоа известен как AND-1.
Циклинзависимая киназа (CDK)Циклинзависимая протеинкиназа, необходимая для инициации репликации и других последующих этапов.
ДНК25'-лоскутная эндонуклеаза и геликаза, участвующие в обработке фрагментов Оказаки.
ДНК-лигаза IСоединяет фрагменты Оказаки во время репликации ДНК. Активность лигазы также необходима для восстановления и рекомбинации ДНК.
ДНК-полимераза α (Pol α)Содержит праймазную активность, необходимую для инициации синтеза ДНК как на лидирующих, так и на отстающих цепях.
ДНК-полимераза δ (Pol δ)Требуется для завершения синтеза фрагментов Оказаки на отстающей цепи, начатого ДНК-полимеразой α.
ДНК-полимераза ε (Pol ε)Полимераза ведущей цепи. Синтезирует ДНК в репликативной вилке. Связывается рано в точках начала репликации через Dbp11 и необходима для загрузки ДНК-полимеразы α.
Дпб11Белок инициации репликации ДНК. Загружает ДНК-полимеразу ε в пререпликационные комплексы в точках начала репликации.
Фен15'-лоскутная эндонуклеаза, участвующая в обработке фрагментов Оказаки.
БлизнецыБелок, обнаруженный у метазоа и отсутствующий у дрожжей. Связывается с Cdt1 и инактивирует его, тем самым регулируя образование пререпликативного/инициирующего комплекса. Также предполагается, что он способствует образованию пре-RC путем связывания и, таким образом, предотвращения деградации Cdt1
ДЖИНСТетрамерный комплекс, состоящий из Sld5, Psf1, Psf2, Psf3. Связывается с пререпликативным комплексом во время инициации и перемещается с репликативными вилками во время этапа элонгации. Требуется для этапа элонгации репликации ДНК и, возможно, является частью комплекса Mcm-хеликазы.
Белки поддержания минихромосом (Mcm)Шесть различных белков семейства AAA+ ATPase, которые образуют гексамер в растворе. Этот гексамер рекрутируется и загружается ORC, Cdc6 и Cdt1 и образует двойной гексамер, который топологически связан вокруг ДНК, образуя солеустойчивый пререпликативный комплекс. При инициации репликации Mcm2-7 отходит от ORC с репликационной вилкой.
Мкм10Требуется для стадий инициации и удлинения репликации ДНК. Участвует в связывании хроматина Cdc45 и ДНК-полимеразы α. Также требуется для стабильности каталитической субъединицы ДНК-полимеразы α в почкующихся дрожжах S. cerevisiae .
Mrc1Синтез ведущей цепи сопряжения с активностью геликазы комплекса CMG. Гомолог метазоа известен как Класпин.
Комплекс распознавания происхождения (ORC)Гетерогексамерный комплекс, состоящий из белков Orc1–Orc6. Связывается с ДНК и собирает комплекс Mcm2-7 на хроматине вместе с Cdc6 и Cdt1.
Ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA)Тримерный белок с кольцевой структурой охватывает ДНК, предотвращая диссоциацию ДНК-полимеразы. Действует как скользящий зажим для полимераз δ и ε, тем самым улучшая процессивность репликативных полимераз.
Фактор репликации C (RFC)Загружает PCNA на подготовленные матрицы и участвует в переключении между ДНК-полимеразой a и репликативными полимеразами δ и ε.
Барьеры репликативной вилки (RFB)Связаны белками RFB в различных местах генома. Способны останавливать или приостанавливать репликационные вилки, останавливая прогрессирование реплисомы.
Репликационный белок А (RPA)Гетеротримерный одноцепочечный связывающий белок. Стабилизирует одноцепочечную ДНК в репликационной вилке.
РНКаза HРибонуклеаза, которая расщепляет РНК, гибридизированную с ДНК. Участвует в обработке фрагментов Оказаки.
Sld2Функции в инициации репликации. Ключевой субстрат CDK, фосфорилирование способствует взаимодействию с Dpb11. Требуется для инициации репликации.
Sld3Функции в инициации репликации. Ключевой субстрат CDK, фосфорилирование способствует взаимодействию с Dpb11. Требуется для инициации репликации.
ТеломеразаРибонуклеопротеин, который добавляет повторяющуюся последовательность ДНК «TTAGGG» к 3'-концу цепей ДНК в теломерах.
ТопоизомеразыРегулировать перекручивание или недокручивание ДНК

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Leman AR, Noguchi E (март 2013 г.). «Репликационная вилка: понимание механизма репликации эукариот и проблемы дупликации генома». Genes . 4 (1): 1–32. doi : 10.3390/genes4010001 . PMC  3627427 . PMID  23599899.
  2. ^ abcd Blow JJ, Dutta A (июнь 2005 г.). «Предотвращение повторной репликации хромосомной ДНК». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 6 (6): 476–86. doi :10.1038/nrm1663. PMC 2688777. PMID 15928711  . 
  3. ^ ab Fisher PA, Wang TS, Korn D (июль 1979). "Энзимологическая характеристика ДНК-полимеразы альфа. Основные каталитические свойства, процессивность и использование пробелов однородного фермента из человеческих клеток KB". Журнал биологической химии . 254 (13): 6128–37. doi : 10.1016/S0021-9258(18)50528-7 . PMID  447699.
  4. ^ Boos D, Ferreira P (март 2019). «Регулировки активации источника для контроля времени репликации генома». Гены . 10 (3): 199. doi : 10.3390/genes10030199 . PMC 6470937. PMID  30845782 . 
  5. ^ Фосс Э.Дж., Личауко С., Гатбонтон-Швагер Т., Лофтс Б., Лао У., Бедалов А. (03.07.2023). «Идентификация 1600 источников репликации у S. cerevisiae». электронная жизнь . 12 : RP88087. doi : 10.7554/eLife.88087 . ПМЦ 10945306 . ПМИД  38315095. 
  6. ^ Араки Х (2011). «Инициация репликации хромосомной ДНК в эукариотических клетках; вклад генетики дрожжей в разъяснение». Гены и генетические системы . 86 (3): 141–9. doi : 10.1266/ggs.86.141 . PMID  21952204.
  7. ^ Maiorano D, Moreau J, Méchali M (апрель 2000 г.). "XCDT1 необходим для сборки пререпликативных комплексов у Xenopus laevis". Nature . 404 (6778): 622–5. Bibcode :2000Natur.404..622M. doi :10.1038/35007104. PMID  10766247. S2CID  4416138.
  8. ^ abc Bell SP, Dutta A (2002). «Репликация ДНК в эукариотических клетках». Annual Review of Biochemistry . 71 : 333–74. doi :10.1146/annurev.biochem.71.110601.135425. PMID  12045100.
  9. ^ Тай БК (1999). «Белки MCM в репликации ДНК». Annual Review of Biochemistry . 68 (1): 649–86. doi :10.1146/annurev.biochem.68.1.649. PMID  10872463.
  10. ^ Ticau S, Friedman LJ, Ivica NA, Gelles J, Bell SP (апрель 2015 г.). «Исследования отдельных молекул по лицензированию происхождения выявляют механизмы, обеспечивающие двунаправленную загрузку геликазы». Cell . 161 (3): 513–525. doi :10.1016/j.cell.2015.03.012. PMC 4445235 . PMID  25892223. 
  11. ^ ab Zhai Y, Li N, Jiang H, Huang X, Gao N, Tye BK (июль 2017 г.). «Уникальные роли неидентичных субъединиц MCM в лицензировании репликации ДНК». Molecular Cell . 67 (2): 168–179. doi : 10.1016/j.molcel.2017.06.016 . PMID  28732205.
  12. ^ Coster G, Diffley JF (июль 2017 г.). «Двунаправленная репликация эукариотической ДНК устанавливается квазисимметричной загрузкой геликазы». Science . 357 (6348): 314–318. Bibcode :2017Sci...357..314C. doi :10.1126/science.aan0063. PMC 5608077 . PMID  28729513. 
  13. ^ abcde Zhai Y, Cheng E, Wu H, Li N, Yung PY, Gao N, Tye BK (март 2017). «Разомкнутая кольцевая структура комплекса Cdt1-Mcm2-7 как предшественника двойного гексамера MCM». Nature Structural & Molecular Biology . 24 (3): 300–308. doi :10.1038/nsmb.3374. PMID  28191894. S2CID  3929807.
  14. ^ Белл СП (март 2002 г.). «Комплекс распознавания происхождения: от простого происхождения к сложным функциям». Гены и развитие . 16 (6): 659–72. doi : 10.1101/gad.969602 . PMID  11914271.
  15. ^ Белл СП, Стиллман Б (май 1992). «АТФ-зависимое распознавание эукариотических источников репликации ДНК мультипротеиновым комплексом». Nature . 357 (6374): 128–134. Bibcode :1992Natur.357..128B. doi :10.1038/357128a0. PMID  1579162. S2CID  4346767.
  16. ^ abcdef Li N, Lam WH, Zhai Y, Cheng J, Cheng E, Zhao Y и др. (июль 2018 г.). «Структура комплекса распознавания начала, связанного с началом репликации ДНК». Nature . 559 (7713): 217–222. Bibcode :2018Natur.559..217L. doi :10.1038/s41586-018-0293-x. PMID  29973722. S2CID  49577101.
  17. ^ Miotto B, Ji Z, Struhl K (август 2016 г.). «Селективность сайтов связывания ORC и их связь со временем репликации, хрупкими сайтами и делециями при раке». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (33): E4810-9. Bibcode : 2016PNAS..113E4810M. doi : 10.1073/pnas.1609060113 . PMC 4995967. PMID  27436900 . 
  18. ^ ab Lee CS, Cheung MF, Li J, Zhao Y, Lam WH, Ho V и др. (январь 2021 г.). «Очеловечивание комплекса распознавания происхождения дрожжей». Nature Communications . 12 (1): 33. Bibcode : 2021NatCo..12...33L. doi : 10.1038/s41467-020-20277-y . PMC 7782691. PMID  33397927 . 
  19. ^ Bleichert F, Leitner A, Aebersold R, Botchan MR, Berger JM (июнь 2018 г.). «Конформационный контроль и механизм связывания ДНК комплекса распознавания происхождения метазоа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (26): E5906–E5915. Bibcode : 2018PNAS..115E5906B. doi : 10.1073/pnas.1806315115 . PMC 6042147. PMID  29899147 . 
  20. ^ Чесноков ИН (2007). «Множественные функции комплекса распознавания происхождения». Международный обзор цитологии . 256 : 69–109. doi :10.1016/S0074-7696(07)56003-1. ISBN 9780123737007. PMID  17241905.
  21. ^ Matsuda K, Makise M, Sueyasu Y, Takehara M, Asano T, Mizushima T (декабрь 2007 г.). «Двухгибридный анализ комплекса распознавания происхождения Saccharomyces cerevisiae с помощью дрожжей: взаимодействие между субъединицами и идентификация связывающих белков». FEMS Yeast Research . 7 (8): 1263–9. doi : 10.1111/j.1567-1364.2007.00298.x . PMID  17825065.
  22. ^ Kreitz S, Ritzi M, Baack M, Knippers R (март 2001 г.). «Комплекс распознавания человеческого происхождения белка 1 диссоциирует от хроматина во время S-фазы в клетках HeLa». Журнал биологической химии . 276 (9): 6337–42. doi : 10.1074/jbc.M009473200 . PMID  11102449.
  23. ^ Speck C, Chen Z, Li H, Stillman B (ноябрь 2005 г.). «ATPase-зависимое кооперативное связывание ORC и Cdc6 с исходной ДНК». Nature Structural & Molecular Biology . 12 (11): 965–71. doi :10.1038/nsmb1002. PMC 2952294 . PMID  16228006. 
  24. ^ Coleman TR, Carpenter PB, Dunphy WG (октябрь 1996 г.). «Белок Cdc6 Xenopus необходим для инициации одного раунда репликации ДНК в бесклеточных экстрактах». Cell . 87 (1): 53–63. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81322-7 . PMID  8858148. S2CID  16897247.
  25. ^ Rialland M, Sola F, Santocanale C (апрель 2002 г.). «Важная роль человеческого CDT1 в репликации ДНК и лицензировании хроматина». Journal of Cell Science . 115 (Pt 7): 1435–40. doi :10.1242/jcs.115.7.1435. PMID  11896191.
  26. ^ Танака С., Диффли Дж. Ф. (март 2002 г.). «Взаимозависимое накопление ядер почкующихся дрожжей Cdt1 и Mcm2-7 во время фазы G1». Nature Cell Biology . 4 (3): 198–207. doi :10.1038/ncb757. PMID  11836525. S2CID  45861829.
  27. ^ Frigola J, He J, Kinkelin K, Pye VE, Renault L, Douglas ME, Remus D, Cherepanov P, Costa A, Diffley JF (июнь 2017 г.). "Cdt1 стабилизирует открытое кольцо MCM для загрузки геликазы". Nature Communications . 8 : 15720. Bibcode : 2017NatCo ...815720F. doi : 10.1038/ncomms15720. PMC 5490006. PMID  28643783. 
  28. ^ Ticau S, Friedman LJ, Champasa K, Corrêa IR, Gelles J, Bell SP (март 2017 г.). «Механизм и время замыкания кольца Mcm2-7 во время лицензирования начала репликации ДНК». Nature Structural & Molecular Biology . 24 (3): 309–315. doi :10.1038/nsmb.3375. PMC 5336523 . PMID  28191892. 
  29. ^ Nishitani H, Lygerou Z, Nishimoto T, Nurse P (апрель 2000 г.). «Белок Cdt1 необходим для лицензирования ДНК для репликации в делящихся дрожжах». Nature . 404 (6778): 625–8. Bibcode :2000Natur.404..625N. doi :10.1038/35007110. PMID  10766248. S2CID  205005540.
  30. ^ Юань З, Риера А, Бай Л, Сан Дж, Нанди С, Спанос К, Чен ЗА, Барбон М, Раппсилбер Дж , Стиллман Б, Спек К, Ли Х (март 2017 г.). "Структурная основа загрузки репликативной геликазы Mcm2-7 ORC-Cdc6 и Cdt1". Nature Structural & Molecular Biology . 24 (3): 316–324. doi :10.1038/nsmb.3372. PMC 5503505 . PMID  28191893. 
  31. ^ Wohlschlegel JA, Dwyer BT, Dhar SK, Cvetic C, Walter JC, Dutta A (декабрь 2000 г.). «Ингибирование репликации эукариотической ДНК связыванием геминина с Cdt1». Science . 290 (5500): 2309–12. Bibcode :2000Sci...290.2309W. doi :10.1126/science.290.5500.2309. PMID  11125146.
  32. ^ Maine GT, Sinha P, Tye BK (март 1984). «Мутанты S. cerevisiae, дефектные в поддержании минихромосом». Genetics . 106 (3): 365–85. doi :10.1093/genetics/106.3.365. PMC 1224244 . PMID  6323245. 
  33. ^ Hua XH, Newport J (январь 1998). «Идентификация преинициативного этапа репликации ДНК, который не зависит от комплекса распознавания начала и cdc6, но зависит от cdk2». Журнал клеточной биологии . 140 (2): 271–81. doi :10.1083/jcb.140.2.271. PMC 2132576. PMID  9442103 . 
  34. ^ Rowles A, Tada S, Blow JJ (июнь 1999). «Изменения в ассоциации комплекса распознавания начала Xenopus с хроматином при лицензировании начала репликации». Journal of Cell Science . 112 (12): 2011–8. doi :10.1242/jcs.112.12.2011. PMC 3605702 . PMID  10341218. 
  35. ^ abcd Ли Н, Чжай Ю, Чжан Ю, Ли В, Ян М, Лэй Дж, Тай БК, Гао Н (август 2015 г.). «Структура эукариотического комплекса MCM на расстоянии 3,8 Å». Природа . 524 (7564): 186–91. Бибкод : 2015Natur.524..186L. дои : 10.1038/nature14685. PMID  26222030. S2CID  4468690.
  36. ^ ab Noguchi Y, Yuan Z, Bai L, Schneider S, Zhao G, Stillman B, Speck C, Li H (ноябрь 2017 г.). «Крио-ЭМ-структура двойного гексамера Mcm2-7 на ДНК предполагает модель экструзии отстающей цепи ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (45): E9529–E9538. Bibcode : 2017PNAS..114E9529N. doi : 10.1073/pnas.1712537114 . PMC 5692578. PMID  29078375 . 
  37. ^ ab Dutta A, Bell SP (1997). «Инициация репликации ДНК в эукариотических клетках». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 13 : 293–332. doi : 10.1146/annurev.cellbio.13.1.293. PMID  9442876.
  38. ^ ab Labib K, Tercero JA, Diffley JF (июнь 2000 г.). «Непрерывная функция MCM2-7, необходимая для прогрессирования репликативной вилки ДНК». Science . 288 (5471): 1643–7. Bibcode :2000Sci...288.1643L. doi :10.1126/science.288.5471.1643. PMID  10834843.
  39. ^ Schwacha A, Bell SP (ноябрь 2001 г.). «Взаимодействия между двумя каталитически различными подгруппами MCM необходимы для координированного гидролиза АТФ и репликации ДНК». Molecular Cell . 8 (5): 1093–104. doi : 10.1016/S1097-2765(01)00389-6 . PMID  11741544.
  40. ^ Bochman ML, Bell SP, Schwacha A (октябрь 2008 г.). «Организация субъединиц Mcm2-7 и неравная роль активных участков в гидролизе и жизнеспособности АТФ». Молекулярная и клеточная биология . 28 (19): 5865–5873. doi :10.1128/MCB.00161-08. PMC 2547011. PMID  18662997 . 
  41. ^ Hingorani MM, Washington MT, Moore KC, Patel SS (май 1997). «Механизм dTTPase ДНК-хеликазы T7 напоминает механизм изменения связывания F1-ATPase». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (10): 5012–7. Bibcode : 1997PNAS...94.5012H. doi : 10.1073/pnas.94.10.5012 . PMC 24622. PMID  9144181 . 
  42. ^ Yan H, Merchant AM, Tye BK (ноябрь 1993 г.). «Регулируемая клеточным циклом ядерная локализация MCM2 и MCM3, которые необходимы для инициации синтеза ДНК в точках начала репликации хромосом у дрожжей». Genes & Development . 7 (11): 2149–60. doi : 10.1101/gad.7.11.2149 . PMID  8224843.
  43. ^ Young MR, Suzuki K, Yan H, Gibson S, Tye BK (октябрь 1997 г.). «Ядерное накопление Saccharomyces cerevisiae Mcm3 зависит от его последовательности ядерной локализации». Genes to Cells . 2 (10): 631–43. doi : 10.1046/j.1365-2443.1997.1510349.x . PMID  9427284.
  44. ^ Labib K, Diffley JF, Kearsey SE (ноябрь 1999 г.). «Циклины фазы G1 и типа B исключают фактор репликации ДНК Mcm4 из ядра». Nature Cell Biology . 1 (7): 415–22. doi :10.1038/15649. PMID  10559985. S2CID  23407351.
  45. ^ Lei M, Tye BK (апрель 2001 г.). «Инициирование синтеза ДНК: от рекрутинга до активации комплекса MCM». Journal of Cell Science . 114 (Pt 8): 1447–54. doi :10.1242/jcs.114.8.1447. PMID  11282021.
  46. ^ Абид Али Ф., Дуглас М.Е., Локк Дж., Пай В.Е., Нанс А., Диффли Дж.Ф., Коста А. (декабрь 2017 г.). «Крио-ЭМ-структура лицензированного источника репликации ДНК». Nature Communications . 8 (1): 2241. Bibcode :2017NatCo...8.2241A. doi :10.1038/s41467-017-02389-0. PMC 5740162 . PMID  29269875. 
  47. ^ Li J, Dong J, Wang W, Yu D, Fan X, Hui YC и др. (январь 2023 г.). «Человеческий пререпликационный комплекс — это открытый комплекс» (PDF) . Cell . 186 (1): 98–111.e21. doi :10.1016/j.cell.2022.12.008. PMID  36608662. S2CID  255442139.
  48. ^ ab Greiwe JF, Miller TC, Locke J, Martino F, Howell S, Schreiber A и др. (январь 2022 г.). «Структурный механизм селективного фосфорилирования двойных гексамеров MCM, загруженных ДНК, с помощью Dbf4-зависимой киназы». Nature Structural & Molecular Biology . 29 (1): 10–20. doi :10.1038/s41594-021-00698-z. PMC 8770131 . PMID  34963704. 
  49. ^ ab Салех А, Ногучи Й, Арамайо Р, Иванова МЭ, Стивенс КМ, Монтойя А и др. (май 2022 г.). «Структурная основа зависимого от киназы Cdc7-Dbf4 нацеливания и фосфорилирования двойного гексамера MCM2-7». Nature Communications . 13 (1): 2915. Bibcode :2022NatCo..13.2915S. doi :10.1038/s41467-022-30576-1. PMC 9133112 . PMID  35614055. 
  50. ^ abcd Cheng J, Li N, Huo Y, Dang S, Tye BK, Gao N, Zhai Y (март 2022 г.). "Structural Insight into the MCM double hexamer activation by Dbf4-Cdc7 kinase". Nature Communications . 13 (1): 1396. Bibcode :2022NatCo..13.1396C. doi :10.1038/s41467-022-29070-5. PMC 8927117 . PMID  35296675. 
  51. ^ ab Sheu YJ, Stillman B (январь 2010 г.). «Киназа Dbf4-Cdc7 способствует S-фазе, ослабляя ингибирующую активность в Mcm4». Nature . 463 (7277): 113–117. Bibcode :2010Natur.463..113S. doi :10.1038/nature08647. PMC 2805463 . PMID  20054399. 
  52. ^ Tercero JA, Labib K, Diffley JF (май 2000 г.). «Для синтеза ДНК в отдельных репликативных вилках требуется существенный фактор инициации Cdc45p». The EMBO Journal . 19 (9): 2082–93. doi :10.1093/emboj/19.9.2082. PMC 305696. PMID  10790374 . 
  53. ^ Hennessy KM, Lee A, Chen E, Botstein D (июнь 1991 г.). «Группа взаимодействующих генов репликации ДНК дрожжей». Genes & Development . 5 (6): 958–69. doi : 10.1101/gad.5.6.958 . PMID  2044962.
  54. ^ ab Aparicio OM, Weinstein DM, Bell SP (октябрь 1997 г.). «Компоненты и динамика комплексов репликации ДНК в S. cerevisiae: перераспределение белков MCM и Cdc45p во время S-фазы». Cell . 91 (1): 59–69. doi : 10.1016/S0092-8674(01)80009-X . PMID  9335335. S2CID  10353164.
  55. ^ ab Mimura S, Masuda T, Matsui T, Takisawa H (июнь 2000 г.). «Центральная роль cdc45 в установлении комплекса инициации репликации ДНК в экстрактах яиц Xenopus». Genes to Cells . 5 (6): 439–52. doi : 10.1046/j.1365-2443.2000.00340.x . PMID  10886370.
  56. ^ Aparicio OM, Stout AM, Bell SP (август 1999). «Дифференциальная сборка Cdc45p и ДНК-полимераз на ранних и поздних началах репликации ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (16): 9130–5. Bibcode : 1999PNAS...96.9130A. doi : 10.1073/pnas.96.16.9130 . PMC 17744. PMID  10430907 . 
  57. ^ Zou L, Stillman B (май 2000). «Сборка комплекса, содержащего Cdc45p, репликационный белок A и Mcm2p в точках начала репликации, контролируемых циклин-зависимыми киназами S-фазы и киназой Cdc7p-Dbf4p». Молекулярная и клеточная биология . 20 (9): 3086–96. doi :10.1128/mcb.20.9.3086-3096.2000. PMC 85601. PMID 10757793  . 
  58. ^ ab Walter J, Newport J (апрель 2000 г.). «Инициация репликации эукариотической ДНК: раскручивание начала и последовательная ассоциация хроматина Cdc45, RPA и ДНК-полимеразы альфа». Molecular Cell . 5 (4): 617–27. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80241-5 . PMID  10882098.
  59. ^ abc Gambus A, Jones RC, Sanchez-Diaz A, Kanemaki M, van Deursen F, Edmondson RD, Labib K (апрель 2006 г.). "GINS поддерживает связь Cdc45 с MCM в комплексах прогрессии реплисомы в репликационных вилках ДНК эукариот". Nature Cell Biology . 8 (4): 358–66. doi :10.1038/ncb1382. PMID  16531994. S2CID  21543095.
  60. ^ ab Kanemaki M, Sanchez-Diaz A, Gambus A, Labib K (июнь 2003 г.). "Функциональная протеомная идентификация белков репликации ДНК с помощью индуцированного протеолиза in vivo". Nature . 423 (6941): 720–4. Bibcode :2003Natur.423..720K. doi :10.1038/nature01692. PMID  12768207. S2CID  4345091.
  61. ^ Макарова КС, Вольф ЮИ, Мехедов СЛ, Миркин БГ, Кунин ЕВ (2005). «Предковые паралоги и псевдопаралоги и их роль в возникновении эукариотической клетки». Nucleic Acids Research . 33 (14): 4626–38. doi :10.1093/nar/gki775. PMC 1187821. PMID  16106042 . 
  62. ^ abc Moyer SE, Lewis PW, Botchan MR (июль 2006 г.). «Выделение комплекса Cdc45/Mcm2-7/GINS (CMG), кандидата на роль геликазы вилки репликации эукариотической ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (27): 10236–10241. Bibcode : 2006PNAS..10310236M. doi : 10.1073/pnas.0602400103 . PMC 1482467. PMID  16798881 . 
  63. ^ Bochman ML, Schwacha A (июль 2008 г.). «Комплекс Mcm2-7 обладает in vitro геликазной активностью». Molecular Cell . 31 (2): 287–93. doi : 10.1016/j.molcel.2008.05.020 . PMID  18657510.
  64. ^ ab Costa A, Ilves I, Tamberg N, Petojevic T, Nogales E, Botchan MR, Berger JM (апрель 2011 г.). «Структурная основа активации геликазы MCM2-7 с помощью GINS и Cdc45». Nature Structural & Molecular Biology . 18 (4): 471–7. doi :10.1038/nsmb.2004. PMC 4184033 . PMID  21378962. 
  65. ^ Юань З, Бай Л, Сан Дж, Джорджеску Р, Лю Дж, О'Доннелл МЭ, Ли Х (март 2016 г.). «Структура эукариотической репликативной геликазы CMG предполагает движение насосного устройства для транслокации». Nature Structural & Molecular Biology . 23 (3): 217–24. doi :10.1038/nsmb.3170. PMC 4812828 . PMID  26854665. 
  66. ^ Homesley L, Lei M, Kawasaki Y, Sawyer S, Christensen T, Tye BK (апрель 2000 г.). «Mcm10 и комплекс MCM2-7 взаимодействуют, инициируя синтез ДНК и высвобождая факторы репликации из источников». Genes & Development . 14 (8): 913–26. doi :10.1101/gad.14.8.913. PMC 316538 . PMID  10783164. 
  67. ^ Christensen TW, Tye BK (июнь 2003 г.). «MCM10 дрозофилы взаимодействует с членами пререпликационного комплекса и необходим для правильной конденсации хромосом». Молекулярная биология клетки . 14 (6): 2206–15. doi :10.1091/mbc.e02-11-0706. PMC 194871. PMID  12808023 . 
  68. ^ Lee C, Liachko I, Bouten R, Kelman Z, Tye BK (январь 2010 г.). «Альтернативные механизмы координации полимеразы альфа и геликазы MCM». Молекулярная и клеточная биология . 30 (2): 423–35. doi :10.1128/MCB.01240-09. PMC 2798462. PMID  19917723 . 
  69. ^ van Deursen F, Sengupta S, De Piccoli G, Sanchez-Diaz A, Labib K (май 2012 г.). «Mcm10 связывается с загруженной ДНК-хеликазой в точках начала репликации и определяет новый шаг в ее активации». The EMBO Journal . 31 (9): 2195–206. doi :10.1038/emboj.2012.69. PMC 3343467 . PMID  22433841. 
  70. ^ Masai H, Sato N, Takeda T, Arai K (декабрь 1999 г.). «Комплекс киназы CDC7 как молекулярный переключатель для репликации ДНК». Frontiers in Bioscience . 4 (1–3): D834-40. doi :10.2741/masai. PMID  10577390.
  71. ^ Mimura S, Takisawa H (октябрь 1998 г.). "Загрузка ДНК-полимеразы альфа на хроматин под контролем S-фазы Cdc45 Xenopus". The EMBO Journal . 17 (19): 5699–707. doi :10.1093/emboj/17.19.5699. PMC 1170898. PMID  9755170 . 
  72. ^ Zou L, Stillman B (апрель 1998). «Формирование комплекса преинициации с помощью загрузки Cdc45p на хроматин, зависящей от циклина S-фазы CDK». Science . 280 (5363): 593–6. Bibcode :1998Sci...280..593Z. doi :10.1126/science.280.5363.593. PMID  9554851.
  73. ^ Jiang W, Wells NJ, Hunter T (май 1999). «Многоступенчатая регуляция репликации ДНК с помощью фосфорилирования Cdk HsCdc6». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (11): 6193–8. Bibcode : 1999PNAS...96.6193J. doi : 10.1073 /pnas.96.11.6193 . PMC 26858. PMID  10339564. 
  74. ^ ab Jiang W, McDonald D, Hope TJ, Hunter T (октябрь 1999 г.). «Комплекс протеинкиназы млекопитающих Cdc7-Dbf4 необходим для инициации репликации ДНК». The EMBO Journal . 18 (20): 5703–5713. doi :10.1093/emboj/18.20.5703. PMC 1171637 . PMID  10523313. 
  75. ^ Kumagai H, Sato N, Yamada M, Mahony D, Seghezzi W, Lees E и др. (июль 1999 г.). «Новый белок, регулируемый ростом и клеточным циклом, ASK, активирует человеческую Cdc7-родственную киназу и необходим для перехода G1/S в клетках млекопитающих». Молекулярная и клеточная биология . 19 (7): 5083–5095. doi : 10.1128 /MCB.19.7.5083. PMC 84351. PMID  10373557. 
  76. ^ Francis LI, Randell JC, Takara TJ, Uchima L, Bell SP (март 2009). «Включение в пререпликативный комплекс активирует геликазу Mcm2-7 для фосфорилирования Cdc7-Dbf4». Genes & Development . 23 (5): 643–654. doi :10.1101/gad.1759609. PMC 2658526 . PMID  19270162. 
  77. ^ Sun J, Fernandez-Cid A, Riera A, Tognetti S, Yuan Z, Stillman B и др. (октябрь 2014 г.). «Структурные и механистические представления о сборке и функции двойного гексамера Mcm2-7». Genes & Development . 28 (20): 2291–2303. doi :10.1101/gad.242313.114. PMC 4201289 . PMID  25319829. 
  78. ^ Lei M, Kawasaki Y, Young MR, Kihara M, Sugino A, Tye BK (декабрь 1997 г.). «Mcm2 является целью регуляции Cdc7-Dbf4 во время инициации синтеза ДНК». Genes & Development . 11 (24): 3365–3374. doi :10.1101/gad.11.24.3365. PMC 316824 . PMID  9407029. 
  79. ^ Камимура Y, Так YS, Сугино A, Араки H (апрель 2001 г.). «Sld3, который взаимодействует с Cdc45 (Sld4), функционирует для репликации хромосомной ДНК в Saccharomyces cerevisiae». The EMBO Journal . 20 (8): 2097–107. doi :10.1093/emboj/20.8.2097. PMC 125422. PMID  11296242 . 
  80. ^ Канемаки М., Лабиб К. (апрель 2006 г.). «Различные роли Sld3 и GINS во время установления и развития репликативных вилок эукариотической ДНК». Журнал EMBO . 25 (8): 1753–63. doi :10.1038/sj.emboj.7601063. PMC 1440835. PMID  16601689 . 
  81. ^ Masumoto H, Sugino A, Araki H (апрель 2000 г.). «Dpb11 контролирует связь между ДНК-полимеразами альфа и эпсилон и автономно реплицирующейся областью последовательности почкующихся дрожжей». Молекулярная и клеточная биология . 20 (8): 2809–17. doi :10.1128 / mcb.20.8.2809-2817.2000. PMC 85497. PMID  10733584. 
  82. ^ Araki H, Leem SH, Phongdara A, Sugino A (декабрь 1995 г.). «Dpb11, который взаимодействует с ДНК-полимеразой II (эпсилон) в Saccharomyces cerevisiae, играет двойную роль в прогрессии S-фазы и в контрольной точке клеточного цикла». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 92 (25): 11791–5. doi : 10.1073/pnas.92.25.11791 . PMC 40488. PMID  8524850 . 
  83. ^ Glover JN, Williams RS, Lee MS (ноябрь 2004 г.). «Взаимодействие между повторами BRCT и фосфопротеинами: запутанное в двух словах». Trends in Biochemical Sciences . 29 (11): 579–85. doi :10.1016/j.tibs.2004.09.010. PMID  15501676.
  84. ^ Masumoto H, Muramatsu S, Kamimura Y, Araki H (февраль 2002 г.). "S-Cdk-зависимое фосфорилирование Sld2 необходимо для репликации хромосомной ДНК у почкующихся дрожжей". Nature . 415 (6872): 651–5. Bibcode :2002Natur.415..651M. doi :10.1038/nature713. PMID  11807498. S2CID  4300863.
  85. ^ Такаяма Ю., Камимура Ю., Окава М., Мурамацу С., Сугино А., Араки Х. (май 2003 г.). «GINS, новый мультибелковый комплекс, необходимый для репликации хромосомной ДНК у почкующихся дрожжей». Гены и развитие . 17 (9): 1153–65. дои : 10.1101/gad.1065903. ПМК 196052 . ПМИД  12730134. 
  86. ^ Labib K, Gambus A (июнь 2007 г.). «Ключевая роль комплекса GINS в репликационных вилках ДНК». Trends in Cell Biology . 17 (6): 271–8. doi :10.1016/j.tcb.2007.04.002. PMID  17467990.
  87. ^ Muramatsu S, Hirai K, Tak YS, Kamimura Y, Araki H (март 2010 г.). «CDK-зависимое образование комплекса между белками репликации Dpb11, Sld2, Pol (epsilon) и GINS у почкующихся дрожжей». Genes & Development . 24 (6): 602–12. doi :10.1101/gad.1883410. PMC 2841337 . PMID  20231317. 
  88. ^ Lehman IR, Bessman MJ, Simms ES, Kornberg A (июль 1958). «Ферментативный синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты. I. Подготовка субстратов и частичная очистка фермента из Escherichia coli». Журнал биологической химии . 233 (1): 163–70. doi : 10.1016/S0021-9258(19)68048-8 . PMID  13563462.
  89. ^ Alani E, Thresher R, Griffith JD, Kolodner RD (сентябрь 1992 г.). «Характеристика свойств связывания ДНК и стимуляции обмена цепями y-RPA, дрожжевого одноцепочечного ДНК-связывающего белка». Журнал молекулярной биологии . 227 (1): 54–71. doi :10.1016/0022-2836(92)90681-9. PMID  1522601.
  90. ^ Goulian M, Richards SH, Heard CJ, Bigsby BM (октябрь 1990 г.). «Прерывистый синтез ДНК очищенными белками млекопитающих». Журнал биологической химии . 265 (30): 18461–71. doi : 10.1016/S0021-9258(17)44775-2 . PMID  2170412.
  91. ^ McCulloch SD, Kunkel TA (январь 2008 г.). «Точность синтеза ДНК эукариотическими репликативными и транслезионными полимеразами синтеза». Cell Research . 18 (1): 148–61. doi :10.1038/cr.2008.4. PMC 3639319 . PMID  18166979. 
  92. ^ Pursell ZF, Isoz I, Lundström EB, Johansson E, Kunkel TA (июль 2007 г.). «ДНК-полимераза дрожжей эпсилон участвует в репликации ведущей цепи ДНК». Science . 317 (5834): 127–30. Bibcode :2007Sci...317..127P. doi :10.1126/science.1144067. PMC 2233713 . PMID  17615360. 
  93. ^ abcde Уотсон Дж., Бейкер Т., Белл С., Ганн А., Левин М., Лосик Р., Молекулярная биология гена 6-е издание , Pearson Education Inc., 2008. ISBN 080539592X 
  94. ^ Waga S, Bauer G, Stillman B (апрель 1994 г.). «Восстановление полной репликации ДНК SV40 с очищенными факторами репликации». Журнал биологической химии . 269 (14): 10923–34. doi : 10.1016/S0021-9258(17)34146-7 . PMID  8144677.
  95. ^ Garg P, Stith CM, Sabouri N, Johansson E, Burgers PM (ноябрь 2004 г.). «Ожидание ДНК-полимеразой дельта поддерживает лигируемый надрез во время репликации отстающей цепи ДНК». Genes & Development . 18 (22): 2764–73. doi :10.1101/gad.1252304. PMC 528896 . PMID  15520275. 
  96. ^ Burgers PM (февраль 2009). «Динамика полимеразы в вилке репликации эукариотической ДНК». Журнал биологической химии . 284 (7): 4041–5. doi : 10.1074/jbc.R800062200 . PMC 2640984. PMID  18835809 . 
  97. ^ Jin YH, Ayyagari R, Resnick MA, Gordenin DA, Burgers PM (январь 2003 г.). «Созревание фрагмента Оказаки в дрожжах. II. Взаимодействие полимеразной и 3'-5'-экзонуклеазной активности Pol delta при создании лигируемого разрыва». Журнал биологической химии . 278 (3): 1626–33. doi : 10.1074/jbc.M209803200 . PMID  12424237.
  98. ^ Sogo JM, Lopes M, Foiani M (июль 2002 г.). «Обратная ориентация вилки и накопление одноцепочечной ДНК в остановившихся репликационных вилках из-за дефектов контрольных точек». Science . 297 (5581): 599–602. Bibcode :2002Sci...297..599S. doi :10.1126/science.1074023. PMID  12142537. S2CID  33502697.
  99. ^ Morrison A, Araki H, Clark AB, Hamatake RK, Sugino A (сентябрь 1990 г.). «Третья важная ДНК-полимераза в S. cerevisiae». Cell . 62 (6): 1143–51. doi :10.1016/0092-8674(90)90391-Q. PMID  2169349. S2CID  29672985.
  100. ^ Waga S, Stillman B (май 1994). «Анатомия репликационной вилки ДНК, выявленная путем реконструкции репликации ДНК SV40 in vitro». Nature . 369 (6477): 207–12. Bibcode :1994Natur.369..207W. doi :10.1038/369207a0. PMID  7910375. S2CID  4351628.
  101. ^ Tsurimoto T, Stillman B (январь 1991). «Факторы репликации, необходимые для репликации ДНК SV40 in vitro. II. Переключение ДНК-полимеразы альфа и дельта во время инициации синтеза ведущей и отстающей цепи». Журнал биологической химии . 266 (3): 1961–8. doi : 10.1016/S0021-9258(18)52386-3 . PMID  1671046.
  102. ^ Barry ER, Bell SD (декабрь 2006 г.). «Репликация ДНК у архей». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 70 (4): 876–87. doi :10.1128/MMBR.00029-06. PMC 1698513. PMID  17158702 . 
  103. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2003). Биохимия . Гейдельберг/Берлин: Springer.
  104. ^ ab Johnson RE, Klassen R, Prakash L, Prakash S (июль 2015 г.). «Основная роль ДНК-полимеразы δ в репликации как лидирующих, так и отстающих цепей ДНК». Molecular Cell . 59 (2): 163–175. doi :10.1016/j.molcel.2015.05.038. PMC 4517859 . PMID  26145172. 
  105. ^ Byun TS, Pacek M, Yee MC, Walter JC, Cimprich KA (май 2005 г.). «Функциональное расцепление активности геликазы MCM и ДНК-полимеразы активирует ATR-зависимую контрольную точку». Genes & Development . 19 (9): 1040–52. doi :10.1101/gad.1301205. PMC 1091739 . PMID  15833913. 
  106. ^ ab Remus D, Beuron F, Tolun G, Griffith JD, Morris EP, Diffley JF (ноябрь 2009 г.). «Согласованная загрузка двойных гексамеров Mcm2-7 вокруг ДНК во время лицензирования начала репликации ДНК». Cell . 139 (4): 719–30. doi :10.1016/j.cell.2009.10.015. PMC 2804858 . PMID  19896182. 
  107. ^ Evrin C, Clarke P, Zech J, Lurz R, Sun J, Uhle S, Li H, Stillman B, Speck C (декабрь 2009 г.). «Двойной гексамерный комплекс MCM2-7 загружается на исходную ДНК во время лицензирования репликации эукариотической ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (48): 20240–5. Bibcode : 2009PNAS..10620240E. doi : 10.1073/pnas.0911500106 . PMC 2787165. PMID  19910535 . 
  108. ^ Labib K (июнь 2010 г.). «Как Cdc7 и циклинзависимые киназы запускают инициацию репликации хромосом в эукариотических клетках?». Genes & Development . 24 (12): 1208–19. doi :10.1101/gad.1933010. PMC 2885657. PMID  20551170 . 
  109. ^ Pacek M, Walter JC (сентябрь 2004 г.). «Необходимость MCM7 и Cdc45 в раскручивании хромосомы во время репликации эукариотической ДНК». The EMBO Journal . 23 (18): 3667–76. doi :10.1038/sj.emboj.7600369. PMC 517609. PMID 15329670  . 
  110. ^ Яо Нью-Йорк, О'Доннелл М (июнь 2010 г.). «SnapShot: The replisome». Cell . 141 (6): 1088–1088.e1. doi :10.1016/j.cell.2010.05.042. PMC 4007198 . PMID  20550941. 
  111. ^ Bermudez VP, Farina A, Tappin I, Hurwitz J (март 2010 г.). «Влияние фактора установления сплоченности человека Ctf4/AND-1 на репликацию ДНК». Журнал биологической химии . 285 (13): 9493–505. doi : 10.1074/jbc.M109.093609 . PMC 2843200. PMID  20089864 . 
  112. ^ Чжу В., Укомаду С., Джа С., Сенга Т., Дхар С.К., Вольшлегель Дж.А., Натт Л.К., Корнблут С., Дутта А. (сентябрь 2007 г.). «Mcm10 и And-1/CTF4 рекрутируют ДНК-полимеразу альфа в хроматин для инициации репликации ДНК». Гены и развитие . 21 (18): 2288–99. дои : 10.1101/gad.1585607. ЧВК 1973143 . ПМИД  17761813. 
  113. ^ Lou H, Komata M, Katou Y, Guan Z, Reis CC, Budd M, Shirahige K, Campbell JL (октябрь 2008 г.). «Mrc1 и ДНК-полимераза эпсилон функционируют вместе, связывая репликацию ДНК и контрольную точку S-фазы». Molecular Cell . 32 (1): 106–17. doi :10.1016/j.molcel.2008.08.020. PMC 2699584 . PMID  18851837. 
  114. ^ Petermann E, Helleday T, Caldecott KW (июнь 2008 г.). «Claspin способствует нормальной скорости репликации в клетках человека». Молекулярная биология клетки . 19 (6): 2373–8. doi :10.1091/mbc.E07-10-1035. PMC 2397295. PMID  18353973 . 
  115. ^ Bravo R, Frank R, Blundell PA, Macdonald-Bravo H (1987). «Cyclin/PCNA — вспомогательный белок ДНК-полимеразы-дельта». Nature . 326 (6112): 515–7. Bibcode :1987Natur.326..515B. doi :10.1038/326515a0. PMID  2882423. S2CID  4344147.
  116. ^ Prelich G, Tan CK, Kostura M, Mathews MB, So AG, Downey KM, Stillman B (1987). «Функциональная идентичность ядерного антигена пролиферирующих клеток и вспомогательного белка ДНК-полимеразы-дельта». Nature . 326 (6112): 517–20. Bibcode :1987Natur.326..517P. doi :10.1038/326517a0. PMID  2882424. S2CID  4345171.
  117. ^ Молдован GL, Пфандер B, Йенч S (май 2007). «PCNA, маэстро репликационной вилки». Cell . 129 (4): 665–79. doi : 10.1016/j.cell.2007.05.003 . PMID  17512402. S2CID  3547069.
  118. ^ Cai J, Yao N, Gibbs E, Finkelstein J, Phillips B, O'Donnell M, Hurwitz J (сентябрь 1998 г.). «Гидролиз АТФ, катализируемый человеческим фактором репликации C, требует участия нескольких субъединиц». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (20): 11607–12. Bibcode : 1998PNAS ...9511607C. doi : 10.1073/pnas.95.20.11607 . PMC 21688. PMID  9751713. 
  119. ^ Tsurimoto T, Stillman B (январь 1991). «Факторы репликации, необходимые для репликации ДНК SV40 in vitro. I. Специфическое для структуры ДНК распознавание соединения праймера и матрицы эукариотическими ДНК-полимеразами и их вспомогательными белками». Журнал биологической химии . 266 (3): 1950–60. doi : 10.1016/S0021-9258(18)52385-1 . PMID  1671045.
  120. ^ Podust LM, Podust VN, Sogo JM, Hübscher U (июнь 1995 г.). «Вспомогательные белки ДНК-полимеразы млекопитающих: анализ загрузки ядерного антигена пролиферирующих клеток, катализируемой фактором репликации C, на кольцевую двухцепочечную ДНК». Молекулярная и клеточная биология . 15 (6): 3072–81. doi :10.1128/MCB.15.6.3072. PMC 230538. PMID  7760803 . 
  121. ^ Zhang G, Gibbs E, Kelman Z, O'Donnell M, Hurwitz J (март 1999). "Исследования взаимодействия человеческого фактора репликации C и ядерного антигена пролиферирующих клеток человека". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (5): 1869–74. Bibcode : 1999PNAS...96.1869Z. doi : 10.1073 /pnas.96.5.1869 . PMC 26703. PMID  10051561. 
  122. ^ ab Yao NY, Johnson A, Bowman GD, Kuriyan J, O'Donnell M (июнь 2006 г.). «Механизм открытия зажима ядерного антигена пролиферирующей клетки фактором репликации C». Журнал биологической химии . 281 (25): 17528–39. doi : 10.1074/jbc.M601273200 . PMID  16608854.
  123. ^ abc Sabatinos, SA (2010). «Восстановление остановившейся репликационной вилки». Scitable Nature Education . 3 (9): 31.
  124. ^ ab Rothstein R, Michel B, Gangloff S (январь 2000 г.). «Приостановка репликационной вилки и рекомбинация или «дай мне перерыв»». Гены и развитие . 14 (1): 1–10. doi : 10.1101/gad.14.1.1 . PMID  10640269. S2CID  40751623.
  125. ^ Bastia D, Zzaman S, Krings G, Saxena M, Peng X, Greenberg MM (сентябрь 2008 г.). «Механизм терминации репликации, выявленный Tus-опосредованным полярным арестом скользящей геликазы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (35): 12831–6. Bibcode : 2008PNAS..10512831B. doi : 10.1073/pnas.0805898105 . PMC 2529109. PMID  18708526. 
  126. ^ Репликационные фабрики, Павел Хозак, Питер Р. Кук, Тенденции в клеточной биологии, том 4, выпуск 2; Sciencedirect, DOI
  127. ^ McGarry TJ, Kirschner MW (июнь 1998). «Геминин, ингибитор репликации ДНК, деградирует во время митоза». Cell . 93 (6): 1043–53. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81209-X . PMID  9635433. S2CID  235485.
  128. ^ de Klein A, Muijtjens M, van Os R, Verhoeven Y, Smit B, Carr AM, Lehmann AR, Hoeijmakers JH (апрель 2000 г.). «Целенаправленное нарушение гена контрольной точки клеточного цикла ATR приводит к ранней эмбриональной летальности у мышей». Current Biology . 10 (8): 479–82. doi : 10.1016/S0960-9822(00)00447-4 . PMID  10801416. S2CID  15401622.
  129. ^ Cortez D, Guntuku S, Qin J, Elledge SJ (ноябрь 2001 г.). «ATR и ATRIP: партнеры в сигнализации контрольных точек». Science . 294 (5547): 1713–6. Bibcode :2001Sci...294.1713C. doi :10.1126/science.1065521. PMID  11721054. S2CID  32810119.
  130. ^ Dart DA, Adams KE, Akerman I, Lakin ND (апрель 2004 г.). «Набор киназы контрольной точки клеточного цикла ATR в хроматин во время S-фазы». Журнал биологической химии . 279 (16): 16433–40. doi : 10.1074/jbc.M314212200 . PMID  14871897.
  131. ^ Ball HL, Myers JS, Cortez D (май 2005 г.). «Связывание ATRIP с репликативным белком A-одноцепочечной ДНК способствует локализации ATR-ATRIP, но необязательно для фосфорилирования Chk1». Молекулярная биология клетки . 16 (5): 2372–81. doi :10.1091/mbc.E04-11-1006. PMC 1087242. PMID  15743907 . 
  132. ^ Bermudez VP, Lindsey-Boltz LA, Cesare AJ, Maniwa Y, Griffith JD, Hurwitz J, Sancar A (февраль 2003 г.). «Загрузка комплекса контрольных точек человека 9-1-1 на ДНК с помощью комплекса hRad17-replication factor C, загрузчика контрольных точек in vitro». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (4): 1633–8. Bibcode : 2003PNAS..100.1633B. doi : 10.1073/pnas.0437927100 . PMC 149884. PMID  12578958. 
  133. ^ Zou L, Cortez D, Elledge SJ (январь 2002 г.). «Регулирование выбора субстрата ATR с помощью Rad17-зависимой загрузки комплексов Rad9 на хроматин». Genes & Development . 16 (2): 198–208. doi :10.1101/gad.950302. PMC 155323. PMID  11799063 . 
  134. ^ Kumagai A, Dunphy WG (октябрь 2000 г.). «Claspin, новый белок, необходимый для активации Chk1 во время реакции контрольной точки репликации ДНК в экстрактах яиц Xenopus». Molecular Cell . 6 (4): 839–49. doi : 10.1016/S1097-2765(05)00092-4 . PMID  11090622.
  135. ^ Kumagai A, Dunphy WG (февраль 2003 г.). «Повторяющиеся фосфопептидные мотивы в Claspin опосредуют регулируемое связывание Chk1» (PDF) . Nature Cell Biology . 5 (2): 161–5. doi :10.1038/ncb921. PMID  12545175. S2CID  29331203.
  136. ^ Miao H, Seiler JA, Burhans WC (февраль 2003 г.). «Регулирование клеточных и вирусных источников репликации SV40 с помощью внутренних контрольных точек, зависящих от Chk1, и контрольных точек, индуцированных УФ-излучением». Журнал биологической химии . 278 (6): 4295–304. doi : 10.1074/jbc.M204264200 . PMID  12424256.
  137. ^ Bar-Ziv R, Voichek Y, Barkai N (сентябрь 2016 г.). «Динамика хроматина во время репликации ДНК». Genome Research . 26 (9): 1245–56. doi :10.1101/gr.201244.115. PMC 5052047. PMID 27225843  . 
  138. ^ Luger K, Mäder AW, Richmond RK, Sargent DF, Richmond TJ (сентябрь 1997 г.). «Кристаллическая структура частицы ядра нуклеосомы при разрешении 2,8 А». Nature . 389 (6648): 251–60. Bibcode :1997Natur.389..251L. doi :10.1038/38444. PMID  9305837. S2CID  4328827.
  139. ^ Wittmeyer J, Joss L, Formosa T (июль 1999 г.). «Spt16 и Pob3 Saccharomyces cerevisiae образуют существенный, обильный гетеродимер, который является ядерным, хроматин-ассоциированным и очищается совместно с ДНК-полимеразой альфа». Биохимия . 38 (28): 8961–71. doi :10.1021/bi982851d. PMID  10413469.
  140. ^ Wittmeyer J, Formosa T (июль 1997 г.). «Каталитическая субъединица альфа-полимеразы ДНК Saccharomyces cerevisiae взаимодействует с Cdc68/Spt16 и с Pob3, белком, похожим на белок типа HMG1». Молекулярная и клеточная биология . 17 (7): 4178–90. doi : 10.1128 /MCB.17.7.4178. PMC 232271. PMID  9199353. 
  141. ^ Xin H, Takahata S, Blanksma M, McCullough L, Stillman DJ, Formosa T (август 2009 г.). "yFACT индуцирует глобальную доступность нуклеосомной ДНК без смещения H2A-H2B". Molecular Cell . 35 (3): 365–76. doi :10.1016/j.molcel.2009.06.024. PMC 2748400 . PMID  19683499. 
  142. ^ Groth A, Corpet A, Cook AJ, Roche D, Bartek J, Lukas J, Almouzni G (декабрь 2007 г.). «Регулирование прогрессирования репликативной вилки посредством спроса и предложения гистонов». Science . 318 (5858): 1928–31. Bibcode :2007Sci...318.1928G. doi :10.1126/science.1148992. hdl : 1885/53159 . PMID  18096807. S2CID  22350778.
  143. ^ Daganzo SM, Erzberger JP, Lam WM, Skordalakes E, Zhang R, Franco AA, Brill SJ, Adams PD, Berger JM, Kaufman PD (декабрь 2003 г.). «Структура и функция консервативного ядра белка отложения гистонов Asf1». Current Biology . 13 (24): 2148–58. doi : 10.1016/j.cub.2003.11.027 . PMID  14680630. S2CID  15164132.
  144. ^ Voichek Y, Bar-Ziv R, Barkai N (март 2016). «Гомеостаз экспрессии во время репликации ДНК». Science . 351 (6277): 1087–90. Bibcode :2016Sci...351.1087V. doi :10.1126/science.aad1162. PMID  26941319. S2CID  32751800.
  145. ^ Стиллман Б. (май 1986 г.). «Сборка хроматина во время репликации ДНК SV40 in vitro». Cell . 45 (4): 555–65. doi :10.1016/0092-8674(86)90287-4. PMID  3011272. S2CID  21212160.
  146. ^ Шибахара К, Стиллман Б (февраль 1999). «Зависимая от репликации маркировка ДНК PCNA облегчает наследование хроматина, связанное с CAF-1». Cell . 96 (4): 575–85. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80661-3 . PMID  10052459. S2CID  13912324.
  147. ^ Rolef Ben-Shahar T, Castillo AG, Osborne MJ, Borden KL, Kornblatt J, Verreault A (декабрь 2009 г.). «Два принципиально различных пептида взаимодействия PCNA способствуют функции фактора сборки хроматина 1». Молекулярная и клеточная биология . 29 (24): 6353–65. doi :10.1128/MCB.01051-09. PMC 2786881. PMID  19822659 . 
  148. ^ Хуан С., Чжоу Х., Кацманн Д., Хохштрассер М., Атанасова Е., Чжан З. (сентябрь 2005 г.). «Rtt106p — это гистоновый шаперон, участвующий в подавлении, опосредованном гетерохроматином». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (38): 13410–5. Bibcode : 2005PNAS..10213410H. doi : 10.1073/pnas.0506176102 . PMC 1224646. PMID  16157874 . 
  149. ^ Ito T, Tyler JK, Bulger M, Kobayashi R, Kadonaga JT (октябрь 1996 г.). «ATP-облегченная сборка хроматина с нуклеоплазминоподобным белком из Drosophila melanogaster». Журнал биологической химии . 271 (40): 25041–8. doi : 10.1074/jbc.271.40.25041 . PMID  8798787.
  150. ^ Gasser R, Koller T, Sogo JM (май 1996). «Стабильность нуклеосом в репликационной вилке». Журнал молекулярной биологии . 258 (2): 224–39. doi :10.1006/jmbi.1996.0245. PMID  8627621.
  151. ^ Meselson M, Stahl FW (июль 1958). «Репликация ДНК в Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 44 (7): 671–82. Bibcode :1958PNAS...44..671M. doi : 10.1073/pnas.44.7.671 . PMC 528642 . PMID  16590258. 
  152. ^ Bell SP, Kaguni JM (июнь 2013 г.). «Загрузка геликазы в хромосомных источниках репликации». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 5 (6): a010124. doi :10.1101/cshperspect.a010124. PMC 3660832. PMID 23613349  . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Eukaryotic_DNA_replication&oldid=1232469638"