Počáteční bod replikace

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 29. května 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Počátek replikace ( origin of replikation ) je fragment molekuly nukleové kyseliny , ze kterého začíná její replikace [1] . Struktura počátku replikace ( nukleotidová sekvence ) se u různých druhů liší , ale u všech organismů jde o sekvenci bohatou na AT , a tedy s nízkou teplotou tání. Místo počátku replikace a sousední fragmenty nukleové kyseliny, které nejsou odděleny terminačními místy, tvoří replikační jednotku - replikon . Replikace DNA může začít od počátku replikace v jednom nebo ve dvou směrech [2] .

Chromozomy a plazmidy prokaryot obsahují jeden, zřídka několik počátků replikace DNA ; eukaryotické chromozomy mají mnoho takových bodů [2] . Také počátky replikace RNA byly nalezeny ve virech obsahujících RNA , například ve virech obsahujících dvouvláknovou RNA.

Před zahájením replikace je s počátkem replikace obvykle spojen předreplikační komplex .

Počet počátků replikace v genomu

Viroidní genom obsahuje jedinou molekulu RNA a zpravidla dva počátky replikace.
Bakteriální genom je nejčastěji reprezentován jedinou molekulou DNA ( chromozomem ) s jediným počátkem replikace [3] .
Archaální genom se typicky skládá z jednoho kruhového chromozomu, který může nést jeden až čtyři počátky replikace [4] [5] .
Eukaryotické genomy obvykle obsahují mnoho počátků replikace v každém chromozomu – až sto tisíc v jedné lidské buňce [6] . Velké množství počátků replikace pomáhá urychlit proces zdvojnásobení mnohem většího genetického materiálu ve srovnání s prokaryoty. U kvasinek se počátek replikace nazývá ARS .

Jména genetických lokusů , která zahrnují počátky replikace, obvykle obsahují kombinaci písmen ori . Během konjugace začíná replikace rotujícího kola v sekvenci oriT F plazmidu. Mitochondriální DNA mnoha organismů obsahuje dvě ori sekvence. U lidí se nazývají oriH a oriL pro těžký a lehký řetězec DNA.

Struktura počátečních bodů replikace

OriC Escherichia coli

Genetický lokus obsahující jediný počátek replikace chromozomu Escherichia coli (E. coli) byl pojmenován oriC . OriC se skládá z 245 párů bází a zahrnuje dvě funkční oblasti: oblast specifické vazby replikačního iniciačního faktoru DnaA a oblast primárního odvíjení šroubovice DNA - DUE ( angl. DNA unwinding element ) [2] [7] [8] .

Vazebná oblast DNAA

oblast DnaA obsahuje četné 9-merní repetice, které slouží jako vazebná místa DNA Tato opakování zahrnují DnaA boxy , I weby a τ weby . DnaA boxy jsou fragmenty DNA s konsenzuální sekvencí 5'-TTATNCACA-3'. OriC obsahuje 5 DnaA boxů, které jsou označovány jako R1-R5. Tyto boxy se liší svou afinitou k DnaA: R1 a R4 mají nejvyšší afinitu k DnaA ( Kd = 3–9 nmol ) a jsou umístěny na okrajích vazebné oblasti DnaA v oriC . Afinita DnaA boxů k DnaA klesá v pořadí R1=R4>R2>R3=R5 [8] .

I-místa jsou 9-merní oblasti DNA, které se liší od konsenzuální sekvence DnaA-boxu o 3–4 nukleotidy. τ místa jsou 6-merní sekvence typu 5'-TGATCC-3'. OriC obsahuje 3 I-místa a 2 τ-místa [8] .

DnaA je ATPáza a může existovat ve volném stavu, vázaném na ATP nebo ADP. R1 a R4 vážou DnaA bez ohledu na její stav. R2 má průměrnou afinitu k DnaA (ve srovnání s R1 a R4), R3, R5 a všechna I- a τ-místa jsou relativně nízká a vážou tento protein převážně ve stavu vázaném na ATP [8] . Po většinu buněčného cyklu je DnaA spojena pouze se třemi nejvíce afinitními místy: R1, R2 a R4. Ke zbytku se připojuje až bezprostředně před zahájením replikace ve stavu vázaném na ATP [7] .

Mezi vazebnými místy DnaA existuje jedna rozpoznávací oblast pro proteiny podobné histonu E. coli IHF a Fis . Vazbou na DNA ji tyto proteiny ohýbají. IHF se připojuje k oriC krátce před začátkem replikace, stimuluje DnaA, aby přistála na místech s nízkou afinitou a zahájila replikaci. Předpokládá se, že protein Fis se podílí na koordinaci iniciace replikace a buněčného cyklu a také poskytuje synchronní iniciaci na několika oriC v rychle se dělicích buňkách. Je známo, že vazba Fis na oriC je dočasně inhibována bezprostředně před iniciací [8] .

Oblast primárního odvíjení šroubovice DNA

Oblast primárního odvíjení šroubovice DNA zahrnuje tři třináctičlenné repetice bohaté na AT 5'-GATCTNTTNTTTT-3'. DnaA v komplexu s ATP se váže na tuto oblast před iniciací. Vazba DnaA a dalších proteinů na oriC pravděpodobně indukuje lokální torzní napětí v DNA, které spolu s negativním supercoilingem podporuje separaci dvou řetězců DNA v oblasti třináctičlenných repetic. K zahájení replikace je nutné použít všechna tři opakování [8] .

Methylační místa

OriC obsahuje 11 palindromických 5'-GATC-3' methylačních míst . Methylaci provádí enzym DNA adenin methyltransferáza (Dam) v poloze N 6 adeninu v obou řetězcích DNA. Některá z methylačních míst se překrývají s vazebnými místy DnaA. K zahájení replikace musí být obě vlákna DNA methylována. Replikace oblasti oriC vede k objevení semimethylovaných počátků replikace: dceřiný řetězec DNA zůstává nemethylovaný v oblasti oriC po dobu asi 13 minut, na rozdíl od jiných míst 5'-GATC-3' v genomu, která jsou methylovány během jedné a půl minuty po replikaci. Polometylovaný počátek replikace je neaktivní, takže oddálení metylace zabraňuje příliš brzké reiniciaci [2] [8] .

Poznámky

↑ Technický glosář Edward K. Wagner, Martinez Hewlett, David Bloom a David Camerini Basic Virology Third Edition, Blackwell publishing, 2007 ISBN 1-4051-4715-6
↑ 1 2 3 4 Jocelyn Krebs. Kapitola 11. Replikon // Lewinovy GENY X . - Jones & Bartlett Learning, 2011. - ISBN 0763766321 .
↑ Mott ML, Berger JM Iniciace replikace DNA: mechanismy a regulace u bakterií // Nat . Rev. microbiol. : deník. - 2007. - Sv. 5 , č. 5 . - str. 343-354 . - doi : 10.1038/nrmicro1640 . — PMID 17435790 .
↑ Kelman LM, Kelman Z. Vícenásobné počátky replikace u archaea // Trends Microbiol . : deník. - 2004. - Sv. 12 , č. 9 . - S. 399-401 . - doi : 10.1016/j.tim.2004.07.001 . — PMID 15337158 .
↑ Hyrien O., Rappailles A., Guilbaud G., Baker A., Chen CL, Goldar A., Petryk N., Kahli M., Ma E., d'Aubenton-Carafa Y., Audit B ., Thermes C., Arneodo A. Od jednoduchých bakteriálních a archaálních replikonů k replikačním N/U-doménám // J Mol Biol. - 2013. - Sv. 425, č. 23 . - S. 4673-89. - doi : 10.1016/j.jmb.2013.09.021 . — PMID 24095859 .
↑ Nasheuer HP, Smith R., Bauerschmidt C., Grosse F., Weisshart K. Iniciace replikace eukaryotické DNA: regulace a mechanismy // Prog . Nucleic Acid Res. Mol. Biol. : deník. - 2002. - Sv. 72 . - str. 41-94 . - doi : 10.1016/S0079-6603(02)72067-9 . — PMID 12206458 .
↑ 1 2 Mott ML, Berger JM Iniciace replikace DNA: mechanismy a regulace u bakterií // Nat Rev Microbiol. - 2007. - Sv. 5, č. 5 . - S. 343-54. — PMID 17435790 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ozaki S., Katayama T. Struktura, funkce a dynamika DNAA při iniciaci na chromozomálním počátku // Plazmid. - 2009. - Sv. 62, č. 2 . - S. 71-82. - doi : 10.1016/j.plasmid.2009.06.003 . — PMID 19527752 .