DNA replikatsiooni initsiatsioon: erinevus redaktsioonide vahel

'''DNA replikatsiooni initsiatsioon''' on [[DNA süntees]]i esimene samm ehk sünteesi alustamine, millele järgnevad [[DNA replikatsiooni elongatsioon|DNA-ahela elongatsioon]] ehk sünteesitava ahela pikendamine ja [[DNA replikatsiooni terminatsioon|terminatsioon]] ehk sünteesi lõpetamine<ref name="6VI4y" />. [[Organism]]idele on väga oluline geneetilise materjali paljundamine ja [[Tütarrakk|tütarrakkudessetütarrakk]]udesse edasi kandumine. Et kopeerida kogu [[genoom]]i ühe korra iga [[Rakutsükkel|rakutsükli]] jooksul, peavad olemas olema mehhanismid, mis tagaksid, et [[DNA replikatsioon]] kulgeks lõpuni ja ei algaks uuesti enne uut rakutsüklit. Kuigi DNA replikatsioon on [[Evolutsioon|evolutsiooniliseltevolutsioon]]iliselt vana protsess, on [[elu]] [[Domeen (bioloogia)|domeenides]] erinevad mehhanismid, mis reguleerivad genoomi duplitseerimist.<ref name="Zagerman" />

[[Prokarüoot]]ides, näiteks [[Soolekepike|''Escherichia coli'']]'s, replitseeritakse väike tsirkulaarne genoom vaid ühest [[DNA replikatsioon#Originid|alguspunktist]] (ingl ''origin'' – oriC) ja DNA replikatsiooni initsiatsiooni kontrollib peamiselt initsiaatorvalgu [[DnaA]] seondumine oriC-le. DnaA on AAA+ (ingl ''ATPases Associated with diverse cellular Activities'') tüüpi valk, mis sisaldab seondumisdomeene [[Adenosiintrifosfaat|ATP/ADP-ga]] ja DNA-ga. Kui rakku on kogunenud piisavalt ATP-DnaA-d, siis moodustub replikatsiooni alguspunktile aktiivne initsiaatorkompleks ja DNA-ahelad avanevad ning seondub replikatiivne [[Helikaas|helikaas]] [[DnaB]]. DnaA inaktiveerimine või oriC arestimine tagavad, et replikatsiooni initsiatsioon ei toimuks rakutsüklite vahel. OriC aktiivsust reguleeritakse [[DNA metülatsioon|DNA metüleerimise]] ja spetsiifiliste oriC-ga seonduvate valkude kaudu. DnaA aktiivsust reguleeritakse läbi valkude, mis põhjustavad ATP-DnaA [[Hüdrolüüs|hüdrolüüsihüdrolüüs]]i, ja läbi DnaA-ga seonduvate DNA elementide, mis kontrollivad DnaA asukohta raku sees. Initsiatsiooniks on oluline ka dnaA [[Geen|geenigeen]]i [[Geeniekspressioon|ekspressiooni]] regulatsioon.<ref name="jATdt" />

G:C-paaride vahel on kolm [[vesinikside]]t, aga kuna A:T-paaride vahel on kaks vesiniksidet, siis hargnevad A:T-rikkad DNA-ahelad kergemini lahti ja [[Denaturatsioon|denaturatsiooniksdenaturatsioon]]iks kulub vähem energiat.<ref name="Zz2HH" />

[[Eukarüoodid|Eukarüootides]] erineb genoomi organisatsioon ja regulatsioon prokarüootide omast. Eukarüootne genoom on jagatud mitmetesse lineaarsetesse [[Kromosoom|kromosoomidessekromosoom]]idesse, mis igaüks sisaldab mitmeid potentsiaalseid replikatsiooni alguspunkte. Selline genoomi organiseerimine on aja jooksul võimaldanud genoomil suureneda, kuid samal ajal paneb teatud piirangud DNA replikatsiooni regulatsioonile. Et tagada iga kromosoomi terviklik ja õigeaegne kopeerimine, peab replikatsiooni initsieerimine mitmetest replikatsiooni alguspunktidest olema kooskõlastatud. See saavutatakse DNA replikatsiooni range kontrolliga rakutsükli jooksul. Eukarüootide replikatsiooni alguspunktides toimub DNA replikatsioon kahes järjestikuses etapis, mis on ajaliselt (toimub erinevates rakutsükli faasides) reguleeritud. <ref name="Zagerman" />

[[FilePilt:Pre-replicative complex.JPG|thumbpisi|Pre-replikatiivse kopmleksi moodustumine ja aktiivseks replisoomiks muutumine. 1) G₁-faasis toovad Cdc6 ja Cdt1 MCM2–7 kompleksid replikatsiooni alguspunktidesse, mille on ORC ära tundnud. Toimub MCM kompleksi laadimine DNA-le. 2) S-faasi alguses toimub CDK ja DDK vahendusel pre-RC fosforüleerimine. Cdc6 ja Cdt1 pole enam vajalikud ja nad viiakse tuumast välja degradeerimisele. 3) S-faasis pannake kokku replisoom ning MCM-id ning temaga seondunud GINS ja Cdc45 harutavad DNA lahti ja paljastavad matriits DNA replikatiivsetele polümeraasidele. Sellega on replikatsioonikahvel käivitunud ja replikatsioon initseeritud.

„P“"P" tähistab fosforüleerimist.]]

Esimene etapp hõlmab replikatiivse helikaasi MCM2–7 (ingl ''minichromosome maintenance'') kompleksi laadimist replikatsiooni alguspunktidele. Selleks on vajalik replikatsiooni alguspunkti äratundva kompleksi (ingl ''origin recognition complex'' (ORC)), Cdc6 (ingl ''cell division cycle 6'') ja Cdt1 (ingl ''chromatin licensing and DNA replication factor 1'') osalemine. ORC seondub replikastiooni alguspunktidele, mis toob kaasa valkude Cdc6 ja Cdt1 seondumise. Need kolm litsentseeerimise faktorit suunavad helikaasi MCM2–7 laadimist ümber kaheahelalise DNA (ingl ''double-stranded DNA'' – dsDNA). Sellist inaktiivset helikaasi nimetatakse pre-replikatiivseks kompleksiks (ingl ''pre-replicative complex'' – pre-RC). Pre-RC moodustumine toimub hilises [[Mitoos|mitoosismitoos]]is ja G₁-faasis. <ref name="Siddiqui" />

Seda esmast etappi eukarüootide DNA replikatsiooni initsiatsioonis nimetatakse litsentseerimiseks, kuna see on kromosoomidele eeltingimuseks, et neil oleks potentsiaal või litsents, et replitseeruda järgnevas S-faasis. <ref name="Zagerman" />

Teine etapp toimub S-faasis, kus pre-RC muudetakse aktiivseks helikaasiks, mis kerib lahti kaheahelaist DNA-d, tekitades [[DNA replikatsioon#Replikatsioonikahvel|replikatsioonikahvli]] ja lubades [[DNA replikatsioon#DNA polümeraas|DNA polümeraasidel]] kopeerida teine DNA-ahel. Helikaasi aktiveerimine kujutab endast CMG kompleksi (Cdc45, MCM2–7 kompleks, GINS kompleks) moodustumist. Litsentseeritud replikastiooni alguspunktidelt DNA sünteesi initsiatsiooniks on vajalikud kaks [[Proteiinkinaasid|proteiinkinaasi]]: [[Tsükliinisõltuvad kinaasid|tsükliin-sõltuv kinaas]] (ingl ''cyclin-dependent kinase'' – CDK) ja Dbf4-st sõltuv kinaas (ingl ''Dbf4-dependent kinase'' – DDK). <ref name="Siddiqui" /> Mõlemad kinaasid fosforüleerivad MCM kompleksi, mis toob kaasa Cdc45 ja GINS kompleksi seondumise ning täieliku replisoomi moodustumise. Replisoom on täielik replikatsiooniaparaat, mis duplitseerib DNA-d mõlemasuuneliselt poolkonservatiivsel viisil. Replisoomi moodustumisega lõppeb initsiatsioon ja algab DNA replikatsiooni elongatsioon. <ref name="Sclafani" />

MCM (ingl ''minichromosome maintenance'') valguperekond on saanud oma nime 1980. aastate alguses Bik-Kwoon Tye laboris tehtud [[Pagaripärm|''Saccharomyces cerevisiae'']] mutantide uuringust, kust need minikromosoomi säilitamise defektiga seotud valgud esmakordselt eraldati. MCM valguperekonna olulisemad kuus valku on MCM2 kuni MCM7, mis on vajalikud DNA replikatsioonil. MCM valgud kuuluvad AAA+ (ingl A''TPases Associated with diverse cellular Activities'') valkude perekonda ja sisaldavad tugevalt konserveerunud järjestuselemente ATP seondumiseks ja hüdrolüüsiks, mis varustavad helikaasi energiaga. MCM valgud moodustavad heksameerse ring-kompleksi: -3-7-4-6-2-5-. <ref name="g1cnq" />

CMG kujutab endast Cdc45 (ingl ''cell division cycle 45''), MCM2–7 (ingl ''minichromosome maintenance'') ja GINS valgukompleksi, mis kerib replikatsiooni alguspunktis lahti kaheahelalist DNA-d <ref name="Siddiqui" />. GINS akronüüm on moodustatud jaapani keele numbritest 5, 1, 2, 3 (go-ichi-ni-san), tähistamaks subühikuid Sld5-Psf1-Psf2-Psf3 <ref name="Sclafani" />. MCM2–7 kompleks omab ainult siis helikaasset aktiivsust, kui see on seotud Cdc45 ja GINS kompleksiga. MCM2–7 on ainsana ATPaas, kusjuures Cdc45 ja GINS seondumine suurendab ATP hüdrolüüsi taset, muutes MCM subühikute asetust selleks optimaalsemaks. Cdc45 ja GINS seondumine MCM2–7 kompleksile suurendab ka selle DNA-ga seondumise efektiivsust. <ref name="ft0ko" />