2015-04-12
1225
Коровая часть ориджина репликации у вируса SV40 состоит из элемента опознания (ORE — origin recognition element), необходимого для связывания особого белка — Т-антигена (Т-аg), белка, расплетающего ДНК (DUE – DNA unwinding element), и элемента, обогащенного АТ-нуклеотидами. Участок, с которого вилка репликации начинает двигаться в противоположных направлениях, называется началом двунаправленной репликации (OBR – origin bidirectional replication).
Вспомогательные элементы (Aux) связывают димеры Т-антигена (Аux-1) и фактор транскрипции Sp1 (Аuх-2). Расстояние между этими элементами и их ориентация играют важную роль в процессе инициации репликации. Схема этого ориджина представлена на рис.4.
Рис.4. Схема ориджина вируса SV40.
У эукариот гомологами ориджинов репликации являются автономно реплицирующиеся последовательности, или ARS (autonomously replicating sequences), открытые в 1980 г. Р. Дэйвисом и Дж. Карбоном. У дрожжей Saccharomyces cerevisiaeособые последовательности, способные обеспечивали репликацию фрагментов ДНК в дрожжевой клетке были выделены раньше, чем у других эукариот. Позднее такие последовательности были найдены у многих других организмов. У S. cerevisiae АRS занимает 100—200 пар оснований (п.о.) и содержит специфическую консенсусную последовательность (АСS), размером в 11 п.о., необходимую для связывания с белком-инициатором, а также дополнительные элементы (В-элементы), усиливающие функцию ориджина. Например, АRS1 - первый подробно охарактеризованный ориджин — содержит три таких элемента - В1, В2 и ВЗ. Последовательности АCS и В1 занимают -50 пн и представляют собой наименьшую функциональную область любого ориджина, которая требуется для связывания с белком-инициатором.
|
|
|
Элемент DUE обычно содержит генетически охарактеризованный участок В2. Вспомогательный элемент ВЗ связывает фактор транскрипции Abf-1. Общая длина ARS-элемента составляет 100-200 пн. Строение такого ориждина представлено на рис.5.
Рис.4. Схема ориджина Saccharomyces cereiseae
У другого вида дрожжей, Shizosaccharomyces pombe, ориджины состоят по крайней мере из одной ARS, которая значительно длиннее, чем у S. cerevisiae. В некоторых случаях несколько ARS-элементов формируют зону инициации репликации. (Рис.6.)
рис.5. Схема ориджина Shizosaccharomyces pombe
У млекопитающих ориджины детально не охарактеризованы, некоторые из них располагаются в межгенных промежутках, часто содержат только районы инициации двунаправленной репликации – OBR.
2.3.Скорость репликации
Скорость репликации генома регулируется в основном частотой инициирующих событий. Так, у Е.соliскорость копирования в каждой репликативной вилке постоянна и равна примерно 1500 пн в секунду; следовательно, полный геном длиной 4-106 пар реплицируется примерно за 40 мин. Если хромосома реплицируется быстрее, это значит, что увеличивается частота актов инициации в той же самой точке начала репликации при прежней скорости копирования. Клетки Е. соliделятся каждые 20 мин; это означает, что репликация ДНК инициируется в хромосомах, еще не закончивших предыдущий раунд репликации. Скорость движения репликативной вилки в эукариотических клетках значительно меньше (10-100 пн в секунду), но завершение репликации хромосомы в разумное время обеспечивается одновременной инициацией во множестве точек. Итак, скорость репликации хромосом контролируется числом и расположением точек начала репликации. Например, в ранних эмбрионах дрозофилы репликация хромосомы осушествляется каждые 3 мин благодаря почти одновременной инициации событий в точках, отстоящих друг от друга на 7000- 8000 пн. В культуре клеток У той же дрозофилы в культуре соматических клетокнаблюдается значительно более медленная скорость удвоения хромосом, поскольку репликация начинается в гораздо меньшем числе точек, находящихся друг от друга на расстоянии 40000 п.н. и продолжительность S-фазы составляет 600 мин. Следовательно, при фиксированной скорости роста цепи множественная инициация обеспечивает большую скорость процесса и уменьшает время, необходимое для дупликации протяженных участков хромосом. Данные о числе репликонов и скорости репликации приведены в табл.1.
|
|
|
В тоже время известно, что у дрозофилы в ходе раннего эмбрионального развития как скорость репликации, так и размеры и число репликонов тканеспецифичны. Различия в продолжительности S-фазы найдены и у других организмов. Например, у тритона S-фаза длится 1 ч в ядрах бластулы и 200 ч в предмейотической S-фазе сперматоцитов. Вероятно, длительность S-фазы определяется не скоростью синтеза ДНК, а числом ориджинов репликации. В ДНК клеток нейрулы тритона они находятся на расстоянии около 40 мкм друг от друга, а в соматических клетках — около 100 мкм.
| Организмы | Число репликонов | Средняя длина репликона (тпн) | Скорость движения вилки репликации (тпн/мин) |
| Бактерии (Escherihia coli) | 4 200 | ||
| Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) | 3,6 | ||
| Насекомые (Drosophila melanogaster) | 3 500 | 2,6 | |
| Амфибии (Xenopus laevis) | 15 000 | 0,5 | |
| Млекопитающие (Mus musculis) | 25 000 | 2,2 | |
| Растения (Vica faba) | 35 000 | Нет данных |
Таблица 1. Число и длина репликонов у разных организмов.
В соответствии с современными представлениями репликоны у эукариот распределены в геноме не случайно, они расположены группами (replicon foci). В этих группах, или фокусах, собираются ферменты репликации, которые удлиняют вилки репликации одновременно 10-100 соседних рспликонов длиной примерно по 100 тпн каждый. Репликация в них завершается за 45—60 мин. Кроме этого существуют очень длинные репликоны (более 1000 тпн) - столь большие, что репликация в них продолжается по нескольку часов.
Активация ориджинов репликации происходит на протяжении всей S-фазы. Например, АRS1 S. cerevisiae активируется в ранней, а АRS501 - в поздней S-фазе. Большинство же ориджинов активируется в середине S-фазы. Интересно отметить, что участки хромосом S. cerevisiae, реплицирующиеся в ранней и поздней S-фазах, располагаются мозаично, то есть перемешаны. У S. cerevisiae было обнаружено, что центральная область хромосомы IV реплицируется в ранней, а теломеры - в поздней S-фазе. Участок ДНК размером 67 тысяч пар нуклеотидов, прилежащий к теломере на правом конце хромосомы V и содержащий АRS501, реплицируется в поздней S-фазе. По-видимому, поздняя репликация этого участка хромосомы является следствием его соседства с теломерой. Кроме того, известно, что в конце S-фазы реплицируются "молчащие" гены, например неэкспрессируюшиеся в определенных типах клеток локусы НМL и НМR, которые локализованы в субтеломерных областях. Активно экспрессирующиеся гены, например локус МАТ, напротив, реплицируются в первой половине S-фазы.
|
|
|
