Before a cell can divide, it must accurately replicate all of its chromosomes, including the DNA and its associated histone and non-histone proteins. This process begins at numerous origins of replication during the S phase of the cell cycle in each of a cell’s chromosomes simultaneously. Certain nucleotides can act as origins of replication, but these sequences are not well defined – especially in complex, multi-cellular, eukaryotic species. The length of DNA that spans an origin of replication and its two respective termini of replication, where adjacent replication forks will eventually fuse, is called a replicon. DNA replication progresses in this fashion, cluster of origins at a time, until it reaches the telomeres, which have their own specialized replication process. At this point, when the cell is in M phase and ready to divide, the cell’s chromosomal mass has effectively doubled.
While DNA replication progresses, new histone proteins are synthesized and new histone core particles are formed. These proteins are just as important to chromosome function as DNA since histones are critical to the physical structure of the chromosome.
Origins of Replication
DNA replication begins at certain nucleotide sequences called origins of replication. These sites interact with specialized initiator proteins that begin the process of DNA separation and replication. Defining and quantifying these sequences has proven difficult, especially in complex, multi-cellular, eukaryotic species. For example, the large size of the human genome would necessitate tens of thousands of origins of replication throughout all of the chromosomes. However, counting these sites is difficult because there is no clear consensus on specific origin sequences. It is likely that origins of replication are defined by a combination of nucleotide sequences, various proteins, and chromatin structure.
Replication of histones
Histones are proteins that are responsible for packaging DNA into chromatin and then into chromosomes. Thus, histones are critical to the physical structure and function of the eukaryotic chromosome. During chromosome replication, new histones must also be synthesized in order to package the new DNA into nucleosomes. As the replication fork moves forward, the new and old histones re-assemble randomly on the daughter cells.
세포주기의 S 단계 동안, 염색체 복제 과정은 수많은 복제 기원에서 세포의 각 염색체에서 동시에 시작됩니다.
복제의 기원(origin of replication)은 DNA 복제가 시작되는 부위에서 기원 인식 복합체(origin recognition complex)라고 하는 특수한 개시 단백질과 상호 작용하는 뉴클레오티드 염기서열입니다.
이러한 복제의 기원을 정의하는 것은 어렵습니다. 예를 들어, 인간 게놈의 크기가 크다는 점을 감안할 때, 전체 게놈을 적시에 복제하기 위해서는 수만 개의 기원이 필요할 것으로 추산됩니다.
인간의 경우, 특정 기원 염기서열에 대한 명확한 합의에 도달하지 못했습니다. 대신, 기원은 뉴클레오티드 서열과 염색질 구조의 조합에 의해 정의되는 것 같습니다.
복제의 기원과 인접한 복제 분기점이 결국 융합되는 두 개의 복제 말단에 걸쳐 있는 DNA의 길이를 레플리콘(replicon)이라고 합니다.
그러나 복제는 모든 replicons에서 동시에 발생하지 않습니다. 서로 다른 세포 유형에는 일반적으로 기원 클러스터에서 복제 시작을 위한 고유한 특정 타이밍이 있습니다.
DNA 복제는 텔로미어에 도달할 때까지 염색체 전체에서 이러한 방식으로 진행되며, 텔로미어는 역전사효소인 텔로머라아제와 관련된 독특한 복제 과정을 가지고 있습니다.
세포 주기의 이 시점에서, 세포 분열 직전, 즉 M기 직전, 세포는 염색체 질량을 효과적으로 두 배로 증가시킬 것입니다.
DNA 외에도 히스톤 단백질은 진핵 염색체의 물리적 구조와 기능에 중요합니다. 따라서 염색체 복제 중에 히스톤 합성은 DNA 복제와 동시에 발생해야 합니다.
복제의 기원에서 바깥쪽으로 방사되는 복제 포크는 히스톤 옥타머를 하위 단위로 방해합니다.
새로 합성된 히스톤 소단위체와 오래된 히스톤 소단위체는 옥타머로 재조립되어 딸 DNA 가닥에 분포됩니다. 따라서, 히스톤은 오래된 히스톤과 새로운 히스톤이 모두 새로 합성된 딸 가닥으로 무작위로 분리되는 반보수적 방식으로 복제됩니다.
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