Комплекс распознавания происхождения

В молекулярной биологии , распознавание происхождения комплексы ( ORC ) является мульти-субъединица А ДНК - связывающего комплекс (6 субъединиц) , который связывает во все эукариоте и архебактерий в качестве АТФ -зависимого способа начала репликации . Субъединицы этого комплекса кодируются генами ORC1 , ORC2 , ORC3 , ORC4 , ORC5 и ORC6 . [1] [2] [3] ORC является центральным компонентом репликации эукариотической ДНК и остается связанным схроматин в точках репликации на протяжении клеточного цикла . [4]

Субъединица 2 комплекса распознавания происхождения
Идентификаторы
СимволORC2
PfamPF04084
ИнтерПроIPR007220
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
N-конец субъединицы 3 комплекса распознавания ориджина (ORC)
Идентификаторы
СимволORC3_N
PfamPF07034
ИнтерПроIPR010748
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Субъединица 6 комплекса распознавания происхождения (ORC6)
Идентификаторы
СимволORC6
PfamPF05460
ИнтерПроIPR008721
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

ORC направляет репликацию ДНК по всему геному и требуется для ее инициации. [5] [6] [7] ORC связан в происхождении репликации служит основой для сборки комплекса предварительно репликаций (предварительно RC), который включает в себя Cdc6 , Tah11 ( так называемом Cdt1 ), а МСМ2 - MCM7 комплексов. [8] [9] [10] Предварительно RC сборки во время G1 требуется для репликации лицензирования из хромосом перед синтезом ДНК во время фазы S . [11] [12] [13] клеточного цикла регулируется- фосфорилирование из Orc2, Orc6, Cdc6 и MCM по циклин -зависимой протеинкиназы Cdc28 регулирует инициацию репликации ДНК, в том числе блокирование реинициации в G2 / фазы M . [4] [14] [15] [16]

ORC присутствует на протяжении всего клеточного цикла, связанного с источниками 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] участвует ORC в сборке транскрипционно немого хроматина на HML и HMR путем подбора Sir1 Глушащий белка к HML и HMR глушителей. [7] [17] [18]

И Orc1, и Orc5 связывают АТФ, хотя только Orc1 обладает АТФазной активностью. [19] связывание АТФ ORC1 требуется для ORC связывания с ДНК и имеет важное значение для жизнеспособности клеток. [10] АТФазная активность Orc1 участвует в формировании пре-RC. [20] [21] [22] Связывание АТФ с помощью Orc5 имеет решающее значение для стабильности ORC в целом. Для связывания источника требуются только субъединицы Orc1-5 ; Orc6 необходим для поддержания сформированных pre-RC. [23] Взаимодействия внутри ORC предполагают, что Orc2-3-6 может образовывать основной комплекс. [4]

"> Воспроизвести медиа
Этот процесс был инициирован загрузкой Mcm2-7 на хроматиду ORC и ассоциированными белками.

В ORC присутствуют следующие белки:

Белковые субъединицы ORC, ортология и номенклатура по видам [24]
С. cerevisiae С. Помбе D. melanogaster Позвоночные
ORC 1-6 ORC 1-6 ORC 1-6 ORC 1-6
Cdc6 Cdc18 Cdc6 Cdc6
Cdt1 / Tah11 / Sid2 Cdt1 DUP Cdt1 / RLF-B
Mcm2 Mcm2 / Cdc19 / Nda1 Mcm2 Mcm2
Mcm3 Mcm3 Mcm3 Mcm3
Cdc54 / Mcm4 Cdc21 DPA Mcm4
Cdc46 / Mcm5 Mcm5 / Nda4 Mcm5 Mcm5
Mcm6 Mcm6 / Mis5 Mcm6 Mcm6
Cdc47 / Mcm7 Mcm7 Mcm7 mcm7

Археи имеют упрощенную версию ORC, Mcm и, как следствие, комбинированный pre-RC. Вместо использования шести разных белков mcm для формирования псевдосимметричного гетерогексамера все шесть субъединиц в MCM архей являются одинаковыми. У них обычно есть несколько белков, гомологичных как Cdc6, так и Orc1, некоторые из которых выполняют функцию обоих. В отличие от эукариотических орков, они не всегда образуют комплекс. На самом деле, когда они формируются, они имеют расходящиеся сложные структуры. Sulfolobus islandicus также использует гомолог Cdt1 для распознавания одного из источников его репликации. [25]

Бутоновые дрожжи

Автономно реплицирующиеся последовательности (ARS), впервые обнаруженные у почкующихся дрожжей , являются неотъемлемой частью успеха ORC. Эти последовательности размером 100-200 п.н. способствуют репликационной активности во время S-фазы. ARS могут быть размещены в любом новом месте хромосом почкующихся дрожжей и будут способствовать репликации с этих сайтов. Считается, что высококонсервативная последовательность из 11 пар оснований (известная как элемент A ) важна для функции происхождения у почкующихся дрожжей. [24] ORC был первоначально идентифицирован по его способности связываться с элементом A ARS у почкующихся дрожжей.

Животные

Клетки животных содержат гораздо более загадочную версию ARS, консервативных последовательностей пока не обнаружено. Однако в клетках животных точки начала репликации собираются в пучки, называемые кластерами репликонов . Репликоны каждого кластера похожи по длине, но отдельные кластеры имеют репликоны разной длины. Все эти репликоны имеют сходные основные остатки, с которыми связывается ORC, которые во многом имитируют консервативный элемент A из 11 пар оснований. Все эти кластеры одновременно активируются во время S-фазы . [24]

ORC необходим для загрузки комплексов MCM ( Pre-RC ) на ДНК. Этот процесс зависит от ORC, Cdc6 и Cdt1 и включает несколько событий набора, контролируемых АТФ . Во-первых, ORC и Cdc6 образуют комплекс на исходной ДНК (отмеченный областями типа ARS). Новые комплексы ORC / Cdc6 затем привлекают молекулы Cdt1 / Mcm2-7 к сайту. Как только этот массивный комплекс ORC / Cdc6 / Cdt1 / Mcm2-7 (OCCM) образуется, молекулы ORC / Cdc6 / Cdt1 работают вместе, чтобы загрузить Mcm2-7 на саму ДНК путем гидролиза АТФ с помощью Cdc6. Фосфорилирующая активность Cdc6 зависит как от ORC, так и от исходной ДНК . Это приводит к снижению стабильности Cdt1 на ДНК и выпадению из комплекса, что приводит к нагрузке Mcm2-7 на ДНК. [26] [24] [27] [28] Структура ORC, MCM, а также промежуточного комплекса OCCM была определена. [29]

Хотя ORC состоит из шести отдельных 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 собой упомянутый выше ARS. [30] 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 любой загрузки Mcm2-7 . [28] При первой загрузке Mcm2-7 он полностью окружает ДНК, и активность геликазы подавляется. В фазе S , то Mcm2-7 комплекс взаимодействует с геликазы кофакторов Cdc45 и джинов , чтобы изолировать одну нить ДНК, размотки происхождения, и начать репликацию вниз хромосомы . Чтобы иметь двунаправленную репликацию, этот процесс происходит дважды в источнике. Оба события загрузки опосредуются одним ORC посредством того же процесса, что и первый. [31]

  • Циклинзависимые киназы (CDK)
  • Циклины
  • ДНК-геликаза
  • DnaA
  • Пререпликационный комплекс

  1. ^ Происхождение + распознавание + комплекс в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
  2. Перейти ↑ Dutta A, Bell SP (1997). «Инициирование репликации ДНК в эукариотических клетках». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 13 : 293–332. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.13.1.293 . PMID  9442876 .
  3. ^ Чесноков И.Н. (2007). «Многофункциональность комплекса распознавания происхождения». Международный обзор цитологии . Международный обзор цитологии. 256 : 69–109. DOI : 10.1016 / S0074-7696 (07) 56003-1 . ISBN 9780123737007. PMID  17241905 .
  4. ^ а б в Мацуда К., Макисе М., Суэясу Ю., Такехара М., Асано Т., Мидзусима Т. (декабрь 2007 г.). «Дрожжевой двугибридный анализ комплекса распознавания происхождения Saccharomyces cerevisiae: 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. ^ а б Белл С.П., Стиллман Б. (май 1992 г.). «АТФ-зависимое распознавание эукариотических источников репликации ДНК мультибелковым комплексом». Природа . 357 (6374): 128–34. Bibcode : 1992Natur.357..128B . DOI : 10.1038 / 357128a0 . PMID  1579162 . S2CID  4346767 .
  6. ^ а б Белл С.П., Митчелл Дж., Лебер Дж., Кобаяши Р., Стиллман Б. (ноябрь 1995 г.). «Мультидоменная структура Orc1p обнаруживает сходство с регуляторами репликации ДНК и подавления транскрипции» . Cell . 83 (4): 563–8. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (95) 90096-9 . PMID  7585959 .
  7. ^ а б в Гибсон Д.Г., Белл С.П., Апарисио О.М. (июнь 2006 г.). «Анализ точки выполнения клеточного цикла функции ORC и характеристика реакции контрольной точки на инактивацию ORC у Saccharomyces cerevisiae» . Гены в клетки . 11 (6): 557–73. DOI : 10.1111 / j.1365-2443.2006.00967.x . PMID  16716188 . S2CID  22439595 .
  8. ^ Рао Х., Стиллман Б. (март 1995 г.). «Комплекс распознавания ориджина взаимодействует с двудольным участком 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 .
  9. ^ Роули А., Кокер Дж. Х., Харвуд Дж., Диффли Дж. Ф. (июнь 1995 г.). «Сборка комплекса инициации в зарождающихся зародышах репликации дрожжей начинается с распознавания двудольной последовательности путем ограничения количества инициатора, ORC» . Журнал EMBO . 14 (11): 2631–41. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1995.tb07261.x . PMC  398377 . PMID  7781615 .
  10. ^ а б Спек К., Чен З, Ли Х, Стилман Б. (ноябрь 2005 г.). «АТФаза-зависимое кооперативное связывание ORC и Cdc6 с исходной ДНК» . Структурная и молекулярная биология природы . 12 (11): 965–71. DOI : 10.1038 / nsmb1002 . PMC  2952294 . PMID  16228006 .
  11. ^ Келли Т.Дж., Браун Г.В. (2000). «Регуляция репликации хромосом». Ежегодный обзор биохимии . 69 : 829–80. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.69.1.829 . PMID  10966477 .
  12. ^ Белл С.П., Датта А. (2002). «Репликация ДНК в эукариотических клетках». Ежегодный обзор биохимии . 71 : 333–74. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.71.110601.135425 . PMID  12045100 .
  13. ^ Стиллман Б. (февраль 2005 г.). «Распознавание происхождения и хромосомный цикл» . Письма FEBS . 579 (4): 877–84. DOI : 10.1016 / j.febslet.2004.12.011 . PMID  15680967 . S2CID  33220937 .
  14. ^ Вайнрайх М., Лян С., Чен Х. Х., Стиллман Б. (сентябрь 2001 г.). «Связывание циклин-зависимых киназ с ORC и Cdc6p регулирует цикл репликации хромосомы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (20): 11211–7. DOI : 10.1073 / pnas.201387198 . PMC  58709 . PMID  11572976 .
  15. ^ Nguyen VQ, Co C, Li JJ (июнь 2001 г.). «Циклинзависимые киназы предотвращают повторную репликацию ДНК с помощью множества механизмов». Природа . 411 (6841): 1068–73. Bibcode : 2001Natur.411.1068N . DOI : 10.1038 / 35082600 . PMID  11429609 . S2CID  4393812 .
  16. ^ Archambault V, Ikui AE, Drapkin BJ, Cross FR (август 2005 г.). «Нарушение механизмов, предотвращающих репликацию, вызывает реакцию повреждения ДНК» . Молекулярная и клеточная биология . 25 (15): 6707–21. DOI : 10.1128 / MCB.25.15.6707-6721.2005 . PMC  1190345 . PMID  16024805 .
  17. ^ Triolo T, Sternglanz R (май 1996 г.). «Роль взаимодействий между комплексом распознавания происхождения и SIR1 в подавлении транскрипции». Природа . 381 (6579): 251–3. Bibcode : 1996Natur.381..251T . DOI : 10.1038 / 381251a0 . PMID  8622770 . S2CID  4309206 .
  18. ^ Fox CA, Ehrenhofer-Murray AE, Loo S, Rine J (июнь 1997 г.). «Комплекс распознавания происхождения, SIR1 и требование фазы S для подавления». Наука . 276 (5318): 1547–51. DOI : 10.1126 / science.276.5318.1547 . PMID  9171055 .
  19. ^ Клемм Р.Д., Остин Р.Дж., Белл С.П. (февраль 1997 г.). «Координированное связывание АТФ и исходной ДНК регулирует АТФазную активность комплекса распознавания происхождения» . Cell . 88 (4): 493–502. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81889-9 . PMID  9038340 .
  20. ^ Клемм Р.Д., Белл С.П. (июль 2001 г.). «АТФ, связанный с комплексом распознавания происхождения, важен для образования preRC» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8361–7. Bibcode : 2001PNAS ... 98.8361K . DOI : 10.1073 / pnas.131006898 . PMC  37444 . PMID  11459976 .
  21. ^ Бауэрс Дж. Л., Рэнделл Дж. К., Чен С., Белл С. П. (декабрь 2004 г.). «Гидролиз АТФ с помощью ORC катализирует повторяющуюся сборку Mcm2-7 в определенной точке начала репликации» . Молекулярная клетка . 16 (6): 967–78. DOI : 10.1016 / j.molcel.2004.11.038 . PMID  15610739 .
  22. ^ Рэнделл Дж. К., Бауэрс Дж. Л., Родригес Х. К., Белл С. П. (январь 2006 г.). «Последовательный гидролиз АТФ с помощью Cdc6 и ORC управляет загрузкой геликазы Mcm2-7» . Молекулярная клетка . 21 (1): 29–39. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.11.023 . PMID  16387651 .
  23. ^ Семпл Дж. У., Да-Силва Л. Ф., Джервис Е. Дж., Ах-Ки Дж., Аль-Аттар Х., Куммер Л. и др. (Ноябрь 2006 г.). «Существенная роль Orc6 в репликации ДНК через поддержание пререпликативных комплексов» . Журнал EMBO . 25 (21): 5150–8. DOI : 10.1038 / sj.emboj.7601391 . PMC  1630405 . PMID  17053779 .
  24. ^ а б в г Морган, Дэвид (2007). Клеточный цикл: принципы управления . Учебники по биологии. С. 62–75. ISBN 978-0878935086.
  25. ^ Аусианникава Д., Аллерс Т. (январь 2017 г.). «Разнообразие репликации ДНК в архее» . Гены . 8 (2): 56. DOI : 10.3390 / genes8020056 . PMC  5333045 . PMID  28146124 .
  26. ^ Фернандес-Сид А., Риера А., Тоннетти С., Эррера М.С., Самел С., Эврин С. и др. (Май 2013). «Комплекс ORC / Cdc6 / MCM2-7 образуется в многостадийной реакции и служит платформой для сборки двойного гексамера MCM» . Молекулярная клетка . 50 (4): 577–88. DOI : 10.1016 / j.molcel.2013.03.026 . PMID  23603117 .
  27. ^ Рэнделл Дж. К., Бауэрс Дж. Л., Родригес Х. К., Белл С. П. (январь 2006 г.). «Последовательный гидролиз АТФ с помощью Cdc6 и ORC управляет загрузкой геликазы Mcm2-7» . Молекулярная клетка . 21 (1): 29–39. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.11.023 . PMID  16387651 .
  28. ^ а б Спек К., Чен З, Ли Х, Стилман Б. (ноябрь 2005 г.). «АТФаза-зависимое кооперативное связывание ORC и Cdc6 с исходной ДНК» . Структурная и молекулярная биология природы . 12 (11): 965–71. DOI : 10.1038 / nsmb1002 . PMC  2952294 . PMID  16228006 .
  29. ^ Юань З., Риера А., Бай Л., Сан Дж., Нанди С., Спанос С. и др. (Март 2017 г.). «Структурная основа загрузки репликативной геликазы Mcm2-7 с помощью ORC-Cdc6 и Cdt1» . Структурная и молекулярная биология природы . 24 (3): 316–324. DOI : 10.1038 / nsmb.3372 . PMC  5503505 . PMID  28191893 .
  30. ^ Каваками Х., Охаши Э., Канамото С., Цуримото Т., Катаяма Т. (октябрь 2015 г.). «Специфическое связывание эукариотических ORC с точками репликации ДНК зависит от высококонсервативных основных остатков» . Научные отчеты . 5 : 14929. дои : 10.1038 / srep14929 . PMC  4601075 . PMID  26456755 .
  31. ^ Чистол Г., Вальтер Дж. С. (апрель 2015 г.). "Визуализация одной молекулы загрузки ДНК MCM2-7: видеть, значит верить" . Cell . 161 (3): 429–430. DOI : 10.1016 / j.cell.2015.04.006 . PMID  25910200 .

  • Белл С.П. , Датта А. (июль 2002 г.). «Репликация ДНК в эукариотических клетках». Ежегодный обзор биохимии . Ежегодные обзоры. 71 : 333–74. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.71.110601.135425 . PMID  12045100 . Комплексный обзор репликации молекулярной ДНК
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR007220
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR010748
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR008721