Saltar ao contido

Complexo de pre-replicación

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Esquema simplificado da carga do complexo de pre-replicación eucariota

Un complexo de pre-replicación (pre-RC) é un complexo proteico que se forma na orixe de replicación durante a etapa de inicio da replicación do ADN. A formación do complexo de pre-replicación é necesaria para que se produza a replicación do ADN e é unha parte moi importante do ciclo celular. Unha replicación completa e fiel do xenoma asegura que cada célula filla levará a mesma información xenética que a célula parental.

Compoñentes

[editar | editar a fonte]

A medida que os organismos evolucionan e se fan cada vez máis complexos, tamén o fan os seus complexos de pre-replicación. A continuación resúmense os compoñentes do complexo de pre-replicación en diferentes dominios da vida.

En bacterias, o principal compoñente do complexo de pre-replicación é a proteína DnaA. O complexo complétase cando a DnaA ocupa todos os seus sitios de unión na orixe de replicación bacteriana (oriC). Os sitios concretos de oriC aos que se une a DnaA determinan se a célula ten un bORC (complexo de recoñecemento da orixe bacteriano) ou un complexo de pre-replicación.[1]

O complexo de pre-replicación arqueano é moi diferente do bacteriano e pode servir como modelo simplificado do complexo eucariota. Está composto por unha soa proteína do complexo de recoñecemento da orixe (ORC), Cdc6/ORC1, e un homohexámero da proteína de mantemento do minicromosoma (MCM). Sulfolobus islandicus tamén usa un homólogo de Cdt1 para recoñecer unha das súas orixes de replicación.[2]

O complexo de pre-replicación eucariota é o máis complexo e máis regulado de todos. Na maioría dos eucariotas está composto por seis proteínas ORC (ORC1-6), Cdc6, Cdt1, e un heterohexámero de seis proteínas MCM (MCM2-7). O heterohexámero MCM pode dicirse que se orixina por eventos de duplicación do xene MCM e unha posterior evolución diverxente. O complexo de pre-replicación do lévedo Schizosaccharomyces pombe é notablemente diferente do doutros eucariotas; nel Cdc6 é substituído pola proteína Cdc18 homóloga. Sap1 tamén está incluída no complexo de S. pombe porque é necesaria para a unión de Cdc18. O complexo de pre-replicación do anfibio Xenopus laevis tamén ten unha proteína adicional, MCM9, que axuda a cargar o heterohexámero MCM na orixe de replicación.[3] Resolveuse a estrutura da ORC, MCM, así como a do complexo intermediario ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7 (OCCM).[4]

Recoñecemento da orixe de replicación

[editar | editar a fonte]

O recoñecemento da orixe de replicación é un primeiro paso crítico na formación do complexo de pre-replicación. En diferentes dominios da vida este proceso realízase de xeito diferente.

En procariotas o recoñecemento da orixe realízase pola DnaA. A DnaA únese estreitamente a unha secuencia consenso de 9 pares de bases en oriC; 5' – TTATCCACA – 3'. Hai cinco desas secuencias de 9 pares de bases (R1-R5) e 4 secuencias non consenso (I1-I4) en oriC ás que se une DnaA con diferentes afinidades. A DnaA únese a R4, R1 e R2 con alta afinidade e a R5, I1, I2, I3 e R3 con menor afinidade.[5] In vivo observouse que a unión de DnaA aos sitios de recoñecemento ocorre na orde: R1, R2, R4, o cal forma o bORC. Despois, DnaA únese aos outros sitios de recoñecemento de 9 pares de bases de menor afinidade, o cal forma o complexo de pre-replicación.[6]

As arqueas teñen 1–3 orixes de replicación. As orixes son xeralmente tramos ricos en AT que varían baseándose na especie arqueana. A única proteína arqueana ORC recoñece os tramos ricos en AT e únese ao ADN de maneira dependente do ATP.

Os eucariotas teñen moitas orixes de replicación; polo menos un por cromosoma. Saccharomyces cerevisiae é o único eucariota coñecido cunha secuencia de inicio definida TTTTTATG/ATTTA/T.[7] Esta secuencia de inicio é recoñecida por ORC1-5. ORC6 non se sabe se se une ao DNA en S. cerevisiae. As secuencias de inicio de S. pombe e eucariotas superiores non están ben definidas. Porén, as secuencias de inicio son xeralmente ricas en AT ou presentan unha topoloxía do ADN dobrada ou curvada. A protéina ORC4 únese á porción rica en AT da orixe de replicación en S. pombe usando motivos de gancho AT. O mecanismo do recoñecemento da orixe en eucariotas superiores non se comprende ben, mais pénsase que as proteínas ORC1-6 dependen para a súa unión dunha topoloxía do ADN pouco común.[8]

Carga

[editar | editar a fonte]
Esquema da duplicación dos cromosomas no ciclo celular

A ensamblaxe do complexo de pre-replicación soamente ocorre durante a fase M tardía e a principios da fase G1 do ciclo celular cando a actividade da quinase dependente de ciclina (CDK) é baixa. Esta temporalización e outros mecanismos regulatorios aseguran que a replicación do ADN se producirá unha vez por ciclo celular. A ensamblaxe do complexo de pre-replicación depende do previo recoñecemento da orixe, feita por DnaA en procariotas ou por ORC en arqueas e eucariotas.

O complexo de pre-replicación en procariotas está completo cando a DnaA ocupa todos os posibles sitios de unión en oriC. A DnaA só pode unirse a sitios de baixa afinidade en oriC unha vez que se retira a proteína fis de oriC. Retirada fis, a proteína IHF (factor de hóspede integrado) únese ao sitio entre R1 e R2, o cal permite que a DnaA se una aos sitios de baixa afinidade en oriC. Isto completa o complexo de pre-replicación.[9]

O complexo de pre-replicación de arqueas require a unión de ORC na orixe. Despois disto, únense Cdc6 e o complexo MCM homohexamérico de maneira secuencial.

Os eucariotas teñen o complexo de pre-replicación máis complicado. Despois da unión de ORC1-6 na orixe de replicación, recrútase Cdc6. Despois, Cdc6 recruta o factor autorizador Cdt1 e MCM2-7. A unión de Cdt1 e a hidrólise de ATP por ORC e Cdc6 carga MCM2-7 no ADN. Hai un exceso estequiométrico de proteínas MCM sobre o ORC e as proteínas Cdc6, o que indica que podería haber múltiples heterohexámeros MCM unidos a cada orixe de replicación.[3]

Inicio da replicación

[editar | editar a fonte]

Despois de que se forma, o complexo de pre-replicación debe ser activado e o replisoma ensamblado para que se produza a replicación do ADN.

En procariotas a DnaA hidroliza ATP para desenrolar o ADN en oriC. Esta rexión desnaturalizada é accesible á helicase DnaB e ao cargador helicase DnaC. As proteínas que se unen á febra monocatenaria (SSB) estabilizan a burbulla de replicación acabada de formar e interaccionan coa primase DnaG. DnaG recruta a ADN polimerase III replicativa e empeza a replicación.

En eucariotas o heterohexámero MCM é fosforilado por CDC7 e CDK, o cal despraza Cdc6 e recruta MCM10. MCM10 coopera con MCM2-7 no recrutamento de Cdc45. Cdc45 despois recruta compoñentes clave do replisoma; a ADN polimerase α replicativa e a súa primase. A replicación do ADN pode entón comezar.[10]

Prevención da reensamblaxe do complexo de pre-replicación

[editar | editar a fonte]

En cada ciclo celular é importante que o xenoma se replique completamente e só unha vez. Para a replicación do xenoma cómpre a formación do complexo de pre-replicación durante a fase M tardía e inicio da fase G1, pero despois de que se replicou o xenoma o complexo de pre-replicación non se debe formar outra vez ata o seguinte ciclo celular.

En procariotas varios estudos demostraron que o complexo de pre-replicación só está presente durante unha fracción do ciclo celular. Unha vez que se produce a división, o complexo debe reverterse ao bORC para asegurar que só se produce unha rolda de replicación do ADN durante a división. En Escherichia coli, hai 11 sitios GATC en oriC que sofren hemimetilación durante a replicación do ADN. A proteína SeqA únese a estes sitios impedindo a remetilación e bloqueando a unión do DnaA a sitios de baixa afinidade durante aproximadamente un terzo do ciclo celular. Porén, SeqA non bloquea a unión de DnaA aos sitios R1, R2 e R4. Así, o bORC é restablecido e prepárase para sufrir outra conversión a complexo de pre-replicación.[11]

En S. cerevisiae, as CDKs impiden a formación do complexo de replicación durante o final de G1, fase S e fase G2 ao excluíren MCM2-7 e Cdt1 do núcleo, etiquetando Cdc6 para a degradación polo proteasoma, e disociando ORC1-6 da cromatina por fosforilación.[12] A prevención da re-replicación en S. pombe é lixeiramene diferente; Cdt1 degrádase no proteasoma en vez de ser simplemente excluída do núcleo.[13] A regulación proteolítica de Cdt1 é compartida polos eucariotas superiores, incluíndo Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, X. laevis, e os mamíferos. Os metazoos teñen un cuarto mecanismo para impediren a re-replicación do ADN; durante as fases S e G2 a xeminina únese a Cdt1 e inhibe que Cdt1 cargue MCM2-7 na orixe de replicación.[8]

Síndrome de Meier-Gorlin

[editar | editar a fonte]

Defectos en compoñentes do complexo de replicación eucariota sábese que causan a síndrome de Meier-Gorlin, que se caracteriza polo ananismo, rótulas ausentes ou hipoplásticas, orellas pequenas, alteración do crecemento pre- e post-natal e microcefalia.[14][15] As mutacións coñecidas que a causan están nos xenes ORC1, ORC4, ORC6, CDT1 e CDC6.[15] O fenotipo da enfermidade oríxinase probablemente pola reducida capacidade das células de proliferaren, o que xera un número baixo de células e unha insuficiencia xeral do crecemento.[16]

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. ↑ Miller DT, Grimwade JE, Betteridge T, Rozgaja T, Torgue JJ, Leonard AC (novembro de 2009). "Bacterial origin recognition complexes direct assembly of higher-order DnaA oligomeric structures". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (44): 18479–18484. Bibcode:2009PNAS..10618479M. PMC 2773971. PMID 19833870. doi:10.1073/pnas.0909472106. 
  2. ↑ Ausiannikava D, Allers T (xaneiro de 2017). "Diversity of DNA Replication in the Archaea". Genes 8 (2): 56. PMC 5333045. PMID 28146124. doi:10.3390/genes8020056. 
  3. ↑ 3,0 3,1 Bryant JA, Aves SJ (maio de 2011). "Initiation of DNA replication: functional and evolutionary aspects". Annals of Botany 107 (7): 1119–1126. PMC 3091809. PMID 21508040. doi:10.1093/aob/mcr075. 
  4. ↑ Yuan Z, Riera A, Bai L, Sun J, Nandi S, Spanos C, et al. (marzo de 2017). "Structural basis of Mcm2-7 replicative helicase loading by ORC-Cdc6 and Cdt1". Nature Structural & Molecular Biology 24 (3): 316–324. PMC 5503505. PMID 28191893. doi:10.1038/nsmb.3372. 
  5. ↑ Leonard AC, Grimwade JE (febreiro de 2005). "Building a bacterial orisome: emergence of new regulatory features for replication origin unwinding". Molecular Microbiology 55 (4): 978–985. PMC 1400601. PMID 15686547. doi:10.1111/j.1365-2958.2004.04467.x. 
  6. ↑ Nievera C, Torgue JJ, Grimwade JE, Leonard AC (novembro de 2006). "SeqA blocking of DnaA-oriC interactions ensures staged assembly of the E. coli pre-RC". Molecular Cell 24 (4): 581–592. PMC 1939805. PMID 17114060. doi:10.1016/j.molcel.2006.09.016. 
  7. ↑ Bell SP, Labib K (xullo de 2016). "Chromosome Duplication in Saccharomyces cerevisiae". Genetics 203 (3): 1027–1067. PMC 4937469. PMID 27384026. doi:10.1534/genetics.115.186452. 
  8. ↑ 8,0 8,1 Sun J, Kong D (xullo de 2010). "DNA replication origins, ORC/DNA interaction, and assembly of pre-replication complex in eukaryotes". Acta Biochimica et Biophysica Sinica 42 (7): 433–439. PMID 20705581. doi:10.1093/abbs/gmq048. 
  9. ↑ Leonard AC, Grimwade JE (setembro de 2010). Lovett ST, ed. "Initiation of DNA Replication". EcoSal Plus 4 (1). PMC 4236916. PMID 26443786. doi:10.1128/ecosalplus.4.4.1. 
  10. ↑ Takisawa H, Mimura S, Kubota Y (decembro de 2000). "Eukaryotic DNA replication: from pre-replication complex to initiation complex". Current Opinion in Cell Biology 12 (6): 690–696. PMID 11063933. doi:10.1016/S0955-0674(00)00153-8. 
  11. ↑ Slater S, Wold S, Lu M, Boye E, Skarstad K, Kleckner N (setembro de 1995). "E. coli SeqA protein binds oriC in two different methyl-modulated reactions appropriate to its roles in DNA replication initiation and origin sequestration". Cell 82 (6): 927–936. PMID 7553853. doi:10.1016/0092-8674(95)90272-4. 
  12. ↑ Nguyen VQ, Co C, Li JJ (xuño de 2001). "Cyclin-dependent kinases prevent DNA re-replication through multiple mechanisms". Nature 411 (6841): 1068–1073. Bibcode:2001Natur.411.1068N. PMID 11429609. doi:10.1038/35082600. 
  13. ↑ Ralph E, Boye E, Kearsey SE (novembro de 2006). "DNA damage induces Cdt1 proteolysis in fission yeast through a pathway dependent on Cdt2 and Ddb1". EMBO Reports 7 (11): 1134–1139. PMC 1679788. PMID 17039252. doi:10.1038/sj.embor.7400827. 
  14. ↑ "Meier-Gorlin syndrome: MedlinePlus Genetics". medlineplus.gov (en inglés). Consultado o 2021-02-23. 
  15. ↑ 15,0 15,1 "MEIER-GORLIN SYNDROME 1; MGORS1". www.omim.org (en inglés). Consultado o 2021-02-23. 
  16. ↑ Bicknell LS, Bongers EM, Leitch A, Brown S, Schoots J, Harley ME, et al. (febreiro de 2011). "Mutations in the pre-replication complex cause Meier-Gorlin syndrome". Nature Genetics 43 (4): 356–359. PMC 3068194. PMID 21358632. doi:10.1038/ng.775. 
Traído desde «https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=Complexo_de_pre-replicación&oldid=6611352»