17.6: S-CDK initiiert DNA-Replikation

In Eukaryoten findet die DNA-Replikation während der S-Phase des Zellzyklus statt. Das Zellzyklus-Kontrollsystem, bestehend aus einem Netzwerk regulatorischer Proteine, steuert den Verlauf des Zellzyklus.

Die S-Phasen-Cyclin-abhängige Kinase oder S-Cdks sind Enzymkomplexe, die an der Kontrolle des Zellzyklus während der S-Phase beteiligt sind. Dieses Kontrollsystem stellt sicher, dass jedes Nukleotid im Genom während der Replikation nur einmal kopiert wird.

Die DNA-Replikation beginnt an den Ursprüngen der Replikation, die an mehreren Stellen in den Chromosomen vorhanden sind. Bevor die Replikation eingeleitet wird, binden Multiproteinkomplexe, sogenannte Ursprungserkennungskomplexe, an die DNA und dienen als Andockstellen für andere Proteine.

Während der frühen G1-Phase des Zellzyklus binden die regulatorischen Proteine Cdc6 und Cdt1 an die ORCs und helfen beim Zusammenbau einer Reihe von Proteinen, den sogenannten MCM-Proteinen, zu inaktiven Ringkomplexen auf der angrenzenden DNA, wodurch große Multiproteinkomplexe gebildet werden, die als präreplikative Komplexe oder Prä-RCs bezeichnet werden. MCMs fungieren als DNA-Helikasen für die Replikation.

Zu Beginn der S-Phase werden S-Cdks aktiviert und lösen durch Phosphorylierung spezifischer Initiatorproteine das Origin Fireing oder die Initiierung der DNA-Replikation aus. Phosphorylierte Initiatorproteine fördern die Rekrutierung von Helikase-Aktivator-Komplexen. Diese Komplexe aktivieren die DNA-Helikasen und rekrutieren die DNA-Polymerase, was zur Replikation führt.

S-Cdks initiieren nicht nur die Replikation, sondern verhindern auch, dass eine erneute Replikation am selben Ursprung erfolgt.

S-Cdks phosphorylieren die Proteine Cdc6 und Cdt1 und fördern deren Freisetzung aus den ORCs, was zum Abbau und zur Demontage der Prä-RCs führt.

Wenn sich die Helikasen nach der DNA-Replikation vom DNA-Strang lösen, phosphorylieren die S-Cdks die Helikasen und lösen so ihren Export aus dem Zellkern aus.

Dieser Mechanismus zur Kontrolle des Zellzyklus, an dem S-Cdks beteiligt sind, verhindert die erneute Initiierung der Replikation und stellt so sicher, dass die DNA-Replikation nur einmal pro Zellzyklus stattfindet.