6.4: Widelec replikacyjny DNA

Genom organizmu musi być powielany w sposób wydajny i wolny od błędów, aby mógł rosnąć i przetrwać. Widełki replikacyjne to aktywny region w kształcie litery Y, w którym dwie nici DNA są oddzielone i replikowane w sposób ciągły. Sprzężenie rozpinania DNA i syntezy nici komplementarnej jest charakterystyczną cechą widełek replikacyjnych. Organizmy z małym kolistym DNA, takie jak E. coli, często mają pojedynczy początek replikacji; Dlatego mają tylko dwa widełki replikacyjne, po jednym w każdym kierunku prowadzące od miejsca początkowego otwarcia. W organizmach o dużych genomach replikacja DNA nie odbywa się z jednego punktu pochodzenia, ale w wielu odrębnych, zlokalizowanych widełkach replikacyjnych.

Niezakłócony postęp widełek replikacyjnych jest niezbędny do pełnej replikacji DNA i stabilności genomu; jednak widełki replikacyjne są często hamowane przez czynniki wewnętrzne lub zewnętrzne, które mogą spowolnić lub zatrzymać jego postęp, powodując stres replikacyjny. Stres replikacyjny powoduje niestabilność genomu, która jest cechą charakterystyczną chorób takich jak rak. Niestabilność genomu charakteryzuje się zmianami genomowymi i zwiększoną częstotliwością szkodliwych mutacji. Ruch widełek replikacyjnych może zostać zatrzymany z kilku powodów. Na przykład lek hydroksymocznik wyczerpuje pulę nukleotydów dostępnych do włączenia do nici potomnej, zatrzymując widełki replikacyjne. Inne problemy, które mogą utrudniać postęp widełek replikacyjnych, obejmują zmiany w DNA, zderzenie widełek replikacyjnych z kompleksem transkrypcyjnym oraz defekty enzymów zaangażowanych w replikację DNA.

Komórka ma różne mechanizmy naprawcze, które reinicjują zatrzymane widełki replikacyjne. Punkty kontrolne fazy S nie pozwalają komórkom rozpocząć mitozy, dopóki naprawa DNA nie zostanie zakończona. Dodatkowo, fork repriming może wznowić syntezę DNA, omijając uszkodzenie lub blokadę DNA. Pomimo tych solidnych mechanizmów, czasami zablokowane widełki nie mogą zostać ponownie zainicjowane, co prowadzi do zapadnięcia się widelca, zatrzymując replikację DNA.