Крапка початку реплікації

Точка початку реплікації(англ. origin of replication) - це фрагмент молекули нуклеїнової кислоти, з якого починається її реплікація [1] . Структура точки початку реплікації (нуклеотидна послідовність) відрізняється у різних видів, але у всіх організмів це АТ-багата і тому легкоплавка послідовність. Точка початку реплікації та прилеглі до неї фрагменти нуклеїнової кислоти, не відокремлені сайтами термінації, становлять одиницю реплікації – реплікон. Реплікація ДНК може починатися від точки початку реплікації в одному чи двох напрямках [2] .

Хромосоми та плазміди прокаріотів містять одну, рідше кілька точок початку реплікації ДНК; хромосоми еукаріотів мають безліч таких точок [2] . Також точки початку реплікації РНК виявлені у РНК-вірусів, наприклад, у вірусів, що містять дволанцюгові РНК.

До початку реплікації з точкою початку реплікації зв'язується зазвичай пререплікаційний комплекс.

Зміст

  • Геномвіроїдівмістить єдину молекулу РНК і, як правило, по дві точки початку реплікації.
  • Геномбактерійнайчастіше представлений єдиною молекулою ДНК (хромосомою) з єдиною точкою початку реплікації [3] .
  • Геномархей, як правило, складається з єдиної кільцевої хромосоми, яка може нести від однієї до чотирьох точок початку реплікації [4] [5] .
  • Геномиеукаріотзазвичай містять безліч точок початку реплікації в кожній хромосомі — до ста тисяч в одній клітині людини [6] . Велика кількість точок початку реплікації допомагає прискорити процес подвоєння значно більшого, щодо прокаріотів, генетичного матеріалу. У дріжджів точку початку реплікації називають ARS.

Назви генетичних локусів, що включають точки початкуреплікації, зазвичай містять буквосполученняori. У процесі кон'югації реплікація за типом колеса, що котиться, починається на послідовностіoriTF-плазміди. Мітохондріальна ДНК багатьох організмів містить дві послідовності ori. У людини вони називаютьсяoriHіoriLдля важкого та легкого ланцюга ДНК, відповідно.

OriCEscherichia coli

Генетичний локус, що містить єдину точку початку реплікації хромосомиEscherichia coli(кишкової палички), отримав назвуoriC.OriCскладається з 245 пар основ і включає дві функціональні області: область специфічного зв'язування фактора ініціації реплікаціїDnaAі область первинного розкручування спіралі ДНК — DUE (англ. DNA unwinding element ) [2] [ 7] [8].

Область зв'язування DnaA

Область зв'язування DnaA містить численні 9-членні повтори, які є місцями посадки DnaA на ДНК. Серед таких повторів виділяютьDnaA-бокси,I-сайтитаτ-сайти. DnaA-бокси - це фрагменти ДНК з консенсусною послідовністю 5'-TTATNCACA-3'.OriCмістить 5 DnaA-боксів, які позначають як R1-R5. Ці бокси відрізняються за афінністю до DnaA: R1 і R4 мають найбільшу спорідненість до DnaA (Kd=3-9 наномоль) і розташовуються по краях області зв'язування DnaA вoriC. Афінність DnaA-боксів до DnaA зменшується в ряді R1 = R4 R2 R3 = R5 [8] .

I-сайти - 9-членові ділянки ДНК, які відрізняються від консенсусної послідовності DnaA-боксу на 3-4 нуклеотиди. τ-сайти - 6-члені послідовності виду 5'-TGATCC-3'.OriCмістить 3 I-сайту і 2 τ-сайту [8] .

DnaA є АТФазою і може існувати у вільному, АТФ або АДФ-пов'язаному стані. R1 та R4 зв'язують DnaA незалежно від йогостану. R2 має середню афінність до DnaA (порівняно з R1 і R4), R3, R5 і всі I- та τ-сайти - відносно низькою і зв'язують цей білок переважно в АТФ-пов'язаному стані [8] . Протягом більшої частини клітинного циклу DnaA пов'язаний лише з трьома найафіннішими сайтами: R1, R2 та R4. До решти він приєднується лише безпосередньо перед ініціацією реплікації в АТФ-пов'язаному стані [7] .

Між сайтами зв'язування DnaA знаходиться по одній області впізнавання для гістоноподібних білківE. coliIHF та Fis. Зв'язуючись із ДНК, ці білки згинають її. IHF приєднується до oriC незадовго до початку реплікації, він стимулює посадку DnaA на низькоафінні сайти та ініціацію реплікації. Припускають, що білок Fis бере участь у координації ініціації реплікації і клітинного циклу, а також забезпечує синхронну ініціацію на декількох oriC у клітинах, що швидко діляться. Відомо, що зв'язування Fis з oriC тимчасово інгібується безпосередньо перед ініціацією [8] .

Область первинного розкручування спіралі ДНК

Область первинного розкручування спіралі ДНК включає три AT-багатих тринадцятичленних повтору 5'-GATCTNTTNTTTT-3'. DnaA у комплексі з АТФ зв'язується в цій галузі перед ініціацією. Зв'язування DnaA та інших білків з oriC , імовірно, викликає локальну торсіонну напругу в ДНК, яка спільно з негативною надспіралізацією сприяє розбіжності двох ланцюгів ДНК в області тринадцятичленних повторів. Усі три повтори мають бути задіяні для ініціації реплікації [8] .

Сайти метилювання

OriCмістить 11 паліндромних сайтів метилювання 5'-GATC-3'. Метилювання здійснюється ферментом ДНК-аденінметилтрансферазою (Dam) за N 6 -положенню аденіну вобох ланцюгах ДНК. Деякі сайти метилювання перекриваються з ділянками зв'язування DnaA. Для ініціації реплікації необхідно метилювання обох ланцюгів ДНК. Реплікація областіoriCпризводить до появи напівметильованих точок початку реплікації: дочірній ланцюг ДНК залишається неметильованим в областіoriCблизько 13 хвилин на відміну від інших сайтів 5'-GATC-3' в геномі, які метилюються протягом півтори хвилини після реплікації. Напівметильована точка ініціації реплікації неактивна, таким чином затримка метилювання запобігає надто швидкій повторній ініціації [8] [2] .