stringtranslate.com

Комплекс распознавания происхождения

В молекулярной биологии комплекс распознавания происхождения ( ORC ) представляет собой многосубъединичный комплекс связывания ДНК (6 субъединиц), который связывается у всех эукариот и архей АТФ -зависимым образом с точками начала репликации . Субъединицы этого комплекса кодируются генами ORC1 , ORC2 , ORC3 , ORC4 , ORC5 и ORC6 . [1] [2] [3] ORC является центральным компонентом для репликации ДНК эукариот и остается связанным с хроматином в точках начала репликации на протяжении всего клеточного цикла . [4]

ORC направляет репликацию ДНК по всему геному и необходим для ее инициации. [5] [6] [7] ORC и Noc3p, связанные в точках начала репликации, служат основой для сборки пререпликационного комплекса (пре-RC), который включает Cdc6 , Tah11 (он же Cdt1 ) и комплекс Mcm2 - Mcm7 . [8] [9] [10] [11] Сборка пре-RC во время G1 необходима для лицензирования репликации хромосом перед синтезом ДНК во время фазы S. [ 12] [13] [ 14] Регулируемое клеточным циклом фосфорилирование Orc2, Orc6, Cdc6 и MCM циклин - зависимой протеинкиназой Cdc28 регулирует инициацию репликации ДНК, включая блокирование повторной инициации в фазе G2 / M. [4] [15] [16] [17]

ORC присутствует на протяжении всего клеточного цикла, связанного с точками начала репликации, но активен только в позднем митозе и раннем G1 .

У дрожжей ORC также играет роль в установлении сайленсинга в локусах типа спаривания Hidden MAT Left (HML) и Hidden MAT Right (HMR). [5] [6] [7] ORC участвует в сборке транскрипционно молчащего хроматина в HML и HMR, привлекая белок сайленсинга Sir1 к сайленсерам HML и HMR. [7] [18] [19]

Оба Orc1 и Orc5 связывают АТФ, хотя только Orc1 обладает АТФазной активностью. [20] Связывание АТФ с помощью Orc1 необходимо для связывания ORC с ДНК и необходимо для жизнеспособности клеток. [11] АТФазная активность Orc1 участвует в формировании пре-RC. [21] [ 22] [23] Связывание АТФ с помощью Orc5 имеет решающее значение для стабильности ORC в целом. Только субъединицы Orc1-5 необходимы для связывания с источником; Orc6 необходим для поддержания пре-RC после их образования. [24] Взаимодействия внутри ORC предполагают, что Orc2-3-6 может образовывать основной комплекс. [4] В отчете 2020 года предполагается, что почкующиеся дрожжевые ORC димеризуются в зависимости от клеточного цикла для контроля лицензирования. [25] [26]

Белки

Этот процесс был инициирован загрузкой Mcm2-7 на хроматиду с помощью ORC и связанных с ним белков.

В ORC присутствуют следующие белки:

Археи имеют упрощенную версию ORC, Mcm, и, как следствие, объединенный pre-RC. Вместо использования шести различных белков mcm для формирования псевдосимметричного гетерогексамера, все шесть субъединиц в архейном MCM одинаковы. Обычно они имеют несколько белков, гомологичных как Cdc6, так и Orc1, некоторые из которых выполняют функцию обоих. В отличие от эукариотического Orc, они не всегда образуют комплекс. Фактически, они имеют расходящиеся сложные структуры, когда они образуются. Sulfolobus islandicus также использует гомолог Cdt1 для распознавания одного из своих источников репликации. [28]

Автономно реплицирующиеся последовательности

Почкование дрожжей

Автономно реплицирующиеся последовательности (ARS), впервые обнаруженные в почкующихся дрожжах , являются неотъемлемой частью успеха ORC. Эти последовательности длиной 100-200 п.н. облегчают репликационную активность во время фазы S. ARS могут быть размещены в любом новом месте хромосом почкующихся дрожжей и облегчат репликацию с этих участков. Высококонсервативная последовательность из 11 п.н. (известная как элемент A ) считается необходимой для функции происхождения в почкующихся дрожжах. [27] ORC изначально был идентифицирован по его способности связываться с элементом A ARS в почкующихся дрожжах.

Животные

Клетки животных содержат гораздо более скрытую версию ARS, без каких-либо консервативных последовательностей , которые пока не были обнаружены. Здесь точки начала репликации собираются в пучки, называемые кластерами репликонов . Репликоны каждого кластера схожи по длине, но отдельные кластеры имеют репликоны разной длины. Все эти репликоны имеют схожие основные остатки, с которыми связывается ORC, которые во многом имитируют консервативный элемент 11bp A. Все эти кластеры одновременно активируются во время фазы S. [ 27]

Роль в предварительной сборке RC

ORC необходим для загрузки комплексов MCM ( Pre-RC ) на ДНК. Этот процесс зависит от ORC, Noc3, Cdc6 и Cdt1 , включая несколько событий рекрутинга, контролируемых АТФ . Сначала ORC, Noc3p и Cdc6 образуют комплекс на исходной ДНК (отмеченной областями типа ARS). Затем новые комплексы ORC/Noc3/Cdc6 рекрутируют молекулы Cdt1/Mcm2-7 на сайт. После того, как этот массивный комплекс ORC/Noc3/Cdc6/Cdt1/Mcm2-7 сформирован, молекулы ORC/Noc3/Cdc6/Cdt1 работают вместе, чтобы загрузить Mcm2-7 на саму ДНК путем гидролиза АТФ Cdc6. Фосфорилирующая активность Cdc6 зависит как от ORC, так и от исходной ДНК . Это приводит к тому, что Cdt1 имеет пониженную стабильность на ДНК и выпадает из комплекса, что приводит к загрузке Mcm2-7 на ДНК. [29] [27] [30] [31] Структура ORC, MCM, а также промежуточного комплекса OCCM была решена. [32]

Активность связывания источника

Хотя ORC состоит из шести дискретных субъединиц, только одна из них оказалась значимой - ORC1. Исследования in vivo показали, что Lys -263 и Arg -367 являются основными остатками, ответственными за точную загрузку ORC. Эти молекулы представляют вышеупомянутый ARS. [33] ORC1 взаимодействует с АТФ и этими основными остатками, чтобы связать ORC с исходной ДНК . Было установлено, что это происходит задолго до репликации, и что сам ORC уже связан с исходной ДНК к моменту загрузки Mcm2-7 . [31] Когда Mcm2-7 загружается впервые, он полностью окружает ДНК, и активность геликазы подавляется. В фазе S комплекс Mcm2-7 взаимодействует с кофакторами геликазы Cdc45 и GINS, чтобы изолировать одну цепь ДНК, раскрутить начало и начать репликацию вниз по хромосоме . Для того чтобы иметь двунаправленную репликацию, этот процесс происходит дважды в начале. Оба события загрузки опосредованы одним ORC посредством того же процесса, что и первое. [34]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Происхождение+Распознавание+Комплекс в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
  2. ^ Дутта А., Белл СП. (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.
  3. ^ Чесноков ИН (2007). Множественные функции комплекса распознавания происхождения . Международный обзор цитологии. Т. 256. С. 69–109. doi :10.1016/S0074-7696(07)56003-1. ISBN 9780123737007. PMID  17241905.
  4. ^ abc Matsuda K, Makise M, Sueyasu Y, Takehara M, Asano T, Mizushima T (декабрь 2007 г.). "Двухгибридный анализ комплекса распознавания происхождения Saccharomyces cerevisiae с использованием 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.
  5. ^ ab Bell SP, Stillman B (май 1992). "ATP-зависимое распознавание эукариотических источников репликации ДНК мультипротеиновым комплексом". Nature . 357 (6374): 128–34. Bibcode :1992Natur.357..128B. doi :10.1038/357128a0. PMID  1579162. S2CID  4346767.
  6. ^ ab Bell SP, Mitchell J, Leber J, Kobayashi R, Stillman B (ноябрь 1995 г.). «Мультидоменная структура Orc1p обнаруживает сходство с регуляторами репликации ДНК и транскрипционного подавления». Cell . 83 (4): 563–8. doi : 10.1016/0092-8674(95)90096-9 . PMID  7585959.
  7. ^ abc Gibson DG, Bell SP, Aparicio OM (июнь 2006 г.). «Анализ точек выполнения клеточного цикла функции ORC и характеристика ответа контрольной точки на инактивацию ORC в Saccharomyces cerevisiae». Genes to Cells . 11 (6): 557–73. doi : 10.1111/j.1365-2443.2006.00967.x . PMID  16716188. S2CID  22439595.
  8. ^ Zhang Y, Yu Z, Fu X, Liang C (июнь 2002 г.). «Noc3p, белок bHLH, играет неотъемлемую роль в инициации репликации ДНК у почкующихся дрожжей». Cell . 109 (7): 849–860. doi : 10.1016/s0092-8674(02)00805-x . PMID  12110182.
  9. ^ Rao H, Stillman B (март 1995). «Комплекс распознавания происхождения взаимодействует с двудольным сайтом связывания ДНК в репликаторах дрожжей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 92 (6): 2224–8. Bibcode :1995PNAS...92.2224R. doi : 10.1073/pnas.92.6.2224 . PMC 42456 . PMID  7892251. 
  10. ^ Rowley A, Cocker JH, Harwood J, Diffley JF (июнь 1995 г.). «Сборка комплекса инициации в точках начала репликации почкующихся дрожжей начинается с распознавания двудольной последовательности ограничивающими количествами инициатора, ORC». The EMBO Journal . 14 (11): 2631–41. doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb07261.x. PMC 398377 . PMID  7781615. 
  11. ^ ab 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. 
  12. ^ Келли Т.Дж., Браун Г.В. (2000). «Регуляция репликации хромосом». Annual Review of Biochemistry . 69 : 829–80. doi :10.1146/annurev.biochem.69.1.829. PMID  10966477.
  13. ^ Белл СП, Дутта А (2002). «Репликация ДНК в эукариотических клетках». Annual Review of Biochemistry . 71 : 333–74. doi :10.1146/annurev.biochem.71.110601.135425. PMID  12045100.
  14. ^ Стиллман Б. (февраль 2005 г.). «Распознавание происхождения и хромосомный цикл». FEBS Letters . 579 (4): 877–84. doi : 10.1016/j.febslet.2004.12.011 . PMID  15680967. S2CID  33220937.
  15. ^ Weinreich M, Liang C, Chen HH, Stillman B (сентябрь 2001 г.). «Связывание циклин-зависимых киназ с ORC и Cdc6p регулирует цикл репликации хромосом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (20): 11211–7. doi : 10.1073/pnas.201387198 . PMC 58709. PMID  11572976. 
  16. ^ Nguyen VQ, Co C, Li JJ (июнь 2001 г.). «Циклинзависимые киназы предотвращают повторную репликацию ДНК посредством множественных механизмов». Nature . 411 (6841): 1068–73. Bibcode :2001Natur.411.1068N. doi :10.1038/35082600. PMID  11429609. S2CID  4393812.
  17. ^ Archambault V, Ikui AE, Drapkin BJ, Cross FR (август 2005 г.). «Нарушение механизмов, которые предотвращают повторную репликацию, запускает реакцию на повреждение ДНК». Molecular and Cellular Biology . 25 (15): 6707–21. doi :10.1128/MCB.25.15.6707-6721.2005. PMC 1190345 . PMID  16024805. 
  18. ^ Triolo T, Sternglanz R (май 1996). "Роль взаимодействий между комплексом распознавания источника и SIR1 в транскрипционном подавлении". Nature . 381 (6579): 251–3. Bibcode :1996Natur.381..251T. doi :10.1038/381251a0. PMID  8622770. S2CID  4309206.
  19. ^ Fox CA, Ehrenhofer-Murray AE, Loo S, Rine J (июнь 1997 г.). «Комплекс распознавания происхождения, SIR1 и требование S-фазы для сайленсинга». Science . 276 (5318): 1547–51. doi :10.1126/science.276.5318.1547. PMID  9171055.
  20. ^ Klemm RD, Austin RJ, Bell SP (февраль 1997). «Координированное связывание АТФ и ДНК источника регулирует активность АТФазы комплекса распознавания источника». Cell . 88 (4): 493–502. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81889-9 . PMID  9038340.
  21. ^ Klemm RD, Bell SP (июль 2001 г.). «АТФ, связанный с комплексом распознавания начала, важен для формирования пре-РК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8361–7. Bibcode :2001PNAS...98.8361K. doi : 10.1073/pnas.131006898 . PMC 37444. PMID  11459976 . 
  22. ^ Bowers JL, Randell JC, Chen S, Bell SP (декабрь 2004 г.). «Гидролиз АТФ с помощью ORC катализирует повторную сборку Mcm2-7 в определенной точке начала репликации». Molecular Cell . 16 (6): 967–78. doi : 10.1016/j.molcel.2004.11.038 . PMID  15610739.
  23. ^ Randell JC, Bowers JL, Rodríguez HK, Bell SP (январь 2006 г.). «Последовательный гидролиз АТФ с помощью Cdc6 и ORC направляет загрузку геликазы Mcm2-7». Molecular Cell . 21 (1): 29–39. doi : 10.1016/j.molcel.2005.11.023 . PMID  16387651.
  24. ^ Semple JW, Da-Silva LF, Jervis EJ, Ah-Kee J, Al-Attar H, Kummer L и др. (ноябрь 2006 г.). «Важная роль Orc6 в репликации ДНК посредством поддержания пререпликативных комплексов». The EMBO Journal . 25 (21): 5150–8. doi :10.1038/sj.emboj.7601391. PMC 1630405. PMID 17053779  . 
  25. ^ Yin YC, Prasanth SG (июль 2021 г.). «Инициация репликации: влияние на целостность генома». Ремонт ДНК . 103 : 103131. doi : 10.1016/j.dnarep.2021.103131 . PMC 8296962. PMID  33992866 . 
  26. ^ Amin A, Wu, R, Cheung MH, Scott JF, Wang Z, Zhou Z, Liu C, Zhu G, Wong KC, Yu Z, Liang C (март 2020 г.). «Необходимый и зависящий от клеточного цикла цикл димеризации ORC регулирует репликацию хромосомной ДНК эукариот». Cell Reports . 30 (10): 3323–3338.e6. doi : 10.1016/j.celrep.2020.02.046 . PMID  32160540.
  27. ^ abcd Морган, Дэвид (2007). Клеточный цикл: принципы управления . Праймеры в биологии. стр. 62–75. ISBN 978-0878935086.
  28. ^ Ausiannikava D, Allers T (январь 2017). «Разнообразие репликации ДНК у архей». Genes . 8 (2): 56. doi : 10.3390/genes8020056 . PMC 5333045 . PMID  28146124. 
  29. ^ Fernández-Cid A, Riera A, Tognetti S, Herrera MC, Samel S, Evrin C и др. (май 2013 г.). «Комплекс ORC/Cdc6/MCM2-7 образуется в ходе многоступенчатой ​​реакции, служащей платформой для сборки двойного гексамера MCM». Molecular Cell . 50 (4): 577–88. doi : 10.1016/j.molcel.2013.03.026 . hdl : 10044/1/19289 . PMID  23603117.
  30. ^ Randell JC, Bowers JL, Rodríguez HK, Bell SP (январь 2006 г.). «Последовательный гидролиз АТФ с помощью Cdc6 и ORC направляет загрузку геликазы Mcm2-7». Molecular Cell . 21 (1): 29–39. doi : 10.1016/j.molcel.2005.11.023 . PMID  16387651.
  31. ^ ab 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. 
  32. ^ Юань З, Риера А, Бай Л, Сан Дж, Нанди С, Спанос К и др. (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. 
  33. ^ Каваками Х, Охаши Э, Канамото С, Цуримото Т, Катаяма Т (октябрь 2015 г.). «Специфическое связывание эукариотических ORC с точками начала репликации ДНК зависит от высококонсервативных основных остатков». Scientific Reports . 5 : 14929. Bibcode :2015NatSR...514929K. doi :10.1038/srep14929. PMC 4601075 . PMID  26456755. 
  34. ^ Chistol G, Walter JC (апрель 2015 г.). «Визуализация одиночной молекулы загрузки ДНК MCM2-7: увидеть — значит поверить». Cell . 161 (3): 429–430. doi : 10.1016/j.cell.2015.04.006 . PMID  25910200.

Дальнейшее чтение

В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR007220
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR010748
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR008721