34.6
S-Cdk inicia la replicación del ADN
El ciclo celular es una serie de eventos que conducen a la duplicación del ADN seguida de la división del contenido celular para formar dos células hi…
En los eucariotas, la replicación del ADN tiene lugar durante la fase S del ciclo celular. El sistema de control del ciclo celular, que consiste en una red de proteínas reguladoras, gobierna la progresión del ciclo celular.
La quinasa dependiente de ciclina de la fase S, o S-Cdks, son complejos enzimáticos involucrados en el control del ciclo celular durante la fase S. Este sistema de control garantiza que cada nucleótido del genoma se copie una sola vez durante la replicación.
La replicación del ADN comienza en los orígenes de la replicación, presente en múltiples ubicaciones de los cromosomas. Antes del inicio de la replicación, los complejos multiproteicos llamados complejos de reconocimiento de origen se unen al ADN y sirven como sitios de acoplamiento para otras proteínas.
Durante la fase G1 temprana del ciclo celular, las proteínas reguladoras Cdc6 y Cdt1 se unen a las ORC y ayudan en el ensamblaje de un conjunto de proteínas llamadas proteínas MCM en complejos de anillos inactivos en el ADN adyacente, formando así grandes complejos multiproteicos llamados complejos pre-replicativos o pre-RC. Los MCM funcionan como helicasas de ADN para la replicación.
Al inicio de la fase S, las S-Cdks se activan y desencadenan la activación del origen, o el inicio de la replicación del ADN, mediante la fosforilación de proteínas iniciadoras específicas. Las proteínas iniciadoras fosforiladas promueven el reclutamiento de complejos activadores de helicasas. Estos complejos activan las helicasas de ADN y reclutan la ADN polimerasa, lo que conduce a la replicación.
Los S-Cdks no solo inician la replicación, sino que también evitan que se vuelva a replicar en el mismo origen.
Las S-Cdks fosforilan las proteínas Cdc6 y Cdt1, promoviendo su liberación de las ORCs, lo que conduce a la degradación y al desensamblaje de las pre-RCs.
Después de la replicación del ADN, cuando las helicasas se separan de la cadena de ADN, las S-Cdks fosforilan las helicasas, lo que desencadena su exportación desde el núcleo.
Este mecanismo de control del ciclo celular que involucra S-Cdks evita el reinicio de la replicación, asegurando así que la replicación del ADN ocurra solo una vez por ciclo celular.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What role does S-Cdk play in initiating DNA replication?
S-Cdk, a cyclin-dependent kinase, is the primary molecular trigger for DNA replication initiation. It phosphorylates key licensing factors and replication proteins, converting cells from G1 phase into S phase. This activation marks the commitment point where the cell begins duplicating its entire genome, a critical step within the cell cycle.
Q2: How does S-Cdk differ from other cyclin-dependent kinases?
S-Cdk is specifically active during S phase and targets replication machinery proteins, whereas other Cdks regulate different cell cycle transitions. S-Cdk's substrate specificity and timing distinguish it as the primary replication initiator, making it essential for coordinating DNA synthesis with other cell cycle events.
Q3: What happens to licensing factors when S-Cdk becomes active?
S-Cdk phosphorylates licensing factors like Cdt1 and Cdc6, preventing them from rebinding to chromatin. This phosphorylation ensures DNA replicates only once per cell cycle by blocking re-licensing of origins that have already fired, maintaining genomic stability and preventing gene amplification.
Q4: Why is S-Cdk activity restricted to S phase?
S-Cdk activity is tightly regulated by cyclin S levels, which rise only during S phase. This temporal restriction ensures DNA replication initiates at the appropriate time and prevents inappropriate re-replication. Once S phase ends, cyclin S degradation inactivates S-Cdk until the next cell cycle.
Q5: What proteins does S-Cdk phosphorylate to activate replication origins?
S-Cdk phosphorylates origin recognition complex proteins and helicase loader proteins, facilitating the assembly of replication machinery at origins of replication. These phosphorylation events promote the loading of MCM2-7 helicases and other initiation factors required to unwind DNA and begin synthesis.
Q6: How does S-Cdk prevent re-replication of DNA?
S-Cdk phosphorylates and inactivates licensing factors, preventing them from re-loading onto replicated DNA. This mechanism ensures each chromosomal region replicates exactly once per cell cycle. The inhibition persists until licensing factors are dephosphorylated in the next G1 phase, maintaining genomic integrity.
Q7: What is the relationship between S-Cdk activation and G1/S transition?
S-Cdk activation marks the G1/S checkpoint transition, committing cells to DNA replication. Rising S-cyclin levels drive S-Cdk activity, which phosphorylates substrates that both activate replication origins and prevent re-licensing. This dual action ensures orderly progression through the cell cycle and prevents genomic instability.