真核生物でのレプリケーション

真核細胞では、DNA 複製は高度に保存され、厳密に調節されています。 細胞分裂の前に複数の直鎖状染色体を高い忠実度で複製する必要があるため、複製プロセスで特殊な役割を果たすタンパク質が多数存在します。 複製は開始、伸長、および終了の 3 つの期で起こり、核内の 2 つの完全な染色体をセットして終了します。

多くのタンパク質が起点で複製を調整する

真核生物の複製は、原核生物の DNA 複製と同じ原理の多くに従いますが、ゲノムがはるかに大きく、染色体が環状ではなく線状であるため、そのプロセスにはより多くのタンパク質が必要となり、いくつかの重要な違いがあります。 まず、原核生物とは異なり、真核生物の複製は各染色体に沿った複数の複製起点で同時に起こります。 イニシエータータンパク質はこれらの起点を認識して結合し、ヘリカーゼタンパク質を動員して DNA 二重らせんを巻き戻します。 各起点で 2 つのレプリケーション フォークが形成されます。 次に、プライマーゼは短い RNA プライマーを DNA の一本鎖に追加します。これは、DNA ポリメラーゼが結合して配列のコピーを開始する開始点として機能します。 DNA は 5' から 3' 方向にのみ合成できるため、1 つの複製フォークからの両方の鎖の複製は 2 つの異なる方向に進行します。 リーディング鎖は連続的に合成されますが、ラギング鎖は岡崎フラグメントと呼ばれる長さ 100 ～ 200 塩基対の短いストレッチで合成されます。 複製の大部分が完了すると、RNase 酵素が RNA プライマーを除去し、DNA ポリメラーゼがギャップを埋め、DNA リガーゼが新しい鎖のギャップをシールします。

複製の仕事をポリメラーゼ間で分割する

真核生物における DNA コピーの作業負荷は、複数の異なる種類の DNA ポリメラーゼ酵素に分割されます。 すべての生物の DNA ポリメラーゼの主要なファミリーは、タンパク質構造とアミノ酸配列の類似性によって分類されます。 最初に発見されたファミリーは A、B、C、X と名付けられ、後にファミリー Y と D が特定されました。 真核生物のファミリー B ポリメラーゼには、複製フォークでプライマーゼとしても機能する Pol α と、それぞれ鋳型のリーディング鎖とラギング鎖で DNA 複製の仕事のほとんどを行う酵素である Pol δ と ε が含まれます。 他の DNA ポリメラーゼは、DNA 損傷の修復、ミトコンドリアおよび色素体 DNA のコピー、RNA プライマーが除去された後のラギング鎖上の DNA 配列のギャップを埋めるなどの役割を担っています。

テロメアは染色体の末端を劣化から保護します

真核生物の染色体は線状であるため、末端が分解されやすいです。 重要な遺伝情報を損傷から守るために、染色体の末端には、高度に保存された G リッチ DNA の非コード反復であるテロメアが多数含まれています。 染色体の両端にある短い一本鎖の3' オーバーハングは特殊なタンパク質と相互作用し、核内の染色体を安定化します。 ラギング鎖の合成方法により、細胞分裂のたびに少量のテロメア DNA が複製できなくなります。 その結果、多くの細胞周期の過程でテロメアが徐々に短くなり、細胞の老化のマーカーとして測定できるようになります。 生殖細胞や幹細胞などの特定の細胞集団は、テロメアを延長する酵素であるテロメラーゼを発現し、テロメアが短くなる前に細胞がより多くの細胞周期を行えるようにします。