17.6:

17.6: Le S-Cdk iniziano la replicazione del DNA

S-Cdk Initiates DNA Replication

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Molecular Biology

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S-Cdk Initiates DNA Replication

17.5: Inhibition of Cdk Activity

17.7: M-Cdk Drives Transition Into Mitosis

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02:38 min

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April 07, 2021

Overview

The cell cycle is a series of events leading to DNA duplication followed by the division of cell content to form two daughter cells. The cell cycle progresses in four stages – the cell increases in size (gap 1 or G1-phase), duplicates its DNA (synthesis or S-phase), prepares to divide (gap 2 or G2-phase), and divides (mitosis or M-phase).

Two states at the origin of replication

In eukaryotes, the initiation of replication occurs at many sites on the chromosomes, called the origins of replication. During the progression of the cell cycle, the origins of replication exist in two states. The first state exists in the G1-phase when a multiprotein complex called the pre-replicative complex (pre-RC) assembles on the origin. The second state exists from the initiation of the S-phase to the end of the M-phase when a complex with fewer components called the post-replicative complex (post-RC) remains on the origin DNA.

CDK activity controls each round of DNA replication

At the end of the M-phase, cyclin-dependent kinase (CDK) activity is low within the cells, which permits the pre-RC assembly, resulting in a replication-competent state. During the G1–S phase transition, CDK activity increases, triggering DNA replication initiation. The increased CDK activity also causes the disassembly of the pre-RC complex, converting the origin to a post-RC state. Throughout the S-phase and the remainder of the cell cycle, persistent high CDK activity prevents the re-assembly of pre-RC until the end of mitosis when the CDK activity again reduces. This control mechanism inhibits re-replication.

Transcript

Negli eucarioti, la replicazione del DNA avviene durante la fase S del ciclo cellulare. Il sistema di controllo del ciclo cellulare, costituito da una rete di proteine regolatrici, governa la progressione del ciclo cellulare.

La chinasi ciclina-dipendente della fase S, o S-Cdks, è un complesso enzimatico coinvolto nel controllo del ciclo cellulare durante la fase S. Questo sistema di controllo garantisce che ogni nucleotide nel genoma venga copiato una sola volta durante la replicazione.

La replicazione del DNA inizia alle origini della replicazione, presente in più posizioni nei cromosomi. Prima dell’inizio della replicazione, i complessi multiproteici chiamati complessi di riconoscimento dell’origine si legano al DNA e fungono da siti di aggancio per altre proteine.

Durante la fase iniziale G1 del ciclo cellulare, le proteine regolatorie Cdc6 e Cdt1 si legano agli ORC e aiutano nell’assemblaggio di un insieme di proteine chiamate proteine MCM in complessi ad anello inattivi sul DNA adiacente, formando così grandi complessi multiproteici chiamati complessi pre-replicativi o pre-RC. Gli MCM funzionano come elicasi del DNA per la replicazione.

All’inizio della fase S, gli S-Cdk vengono attivati e innescano l’attivazione dell’origine, o l’inizio della replicazione del DNA, fosforilando specifiche proteine iniziatrici. Le proteine iniziatrici fosforilate promuovono il reclutamento di complessi attivatori dell’elicasi. Questi complessi attivano le elicasi del DNA e reclutano la DNA polimerasi, portando alla replicazione.

Gli S-Cdk non solo avviano la replica, ma impediscono anche che la replica si verifichi nella stessa origine.

Gli S-Cdk fosforilano le proteine Cdc6 e Cdt1, promuovendo il loro rilascio dagli ORC, portando alla degradazione e al disassemblaggio dei pre-RC.

Dopo la replicazione del DNA, quando le elicasi si sganciano dal filamento di DNA, gli S-Cdk fosforilano le elicasi, innescando la loro esportazione dal nucleo.

Questo meccanismo di controllo del ciclo cellulare che coinvolge S-Cdks impedisce il riavvio della replicazione, assicurando così che la replicazione del DNA avvenga solo una volta per ciclo cellulare.

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S-Cdk Replicazione del DNA Ciclo Cellulare Duplicazione Del DNA Divisione Cellulare Fase G1 Fase S Fase G2 Fase M Origine Della Replicazione Complesso Pre-replicativo (pre-RC) Complesso Post-replicativo (post-RC) Ciclina-Dipendente Kinasi (Cdk) Stato Replicatorio-Competente