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S-Cdk inicia replicação de DNA
O ciclo celular é uma série de eventos que levam à duplicação do DNA seguida pela divisão do conteúdo celular para formar duas células-filhas. O ciclo…
Em eucariotos, a replicação do DNA ocorre durante a fase S do ciclo celular. O sistema de controle do ciclo celular, que consiste em uma rede de proteínas reguladoras, governa a progressão do ciclo celular.
A quinase dependente de ciclina da fase S, ou S-Cdks, são complexos enzimáticos envolvidos no controle do ciclo celular durante a fase S. Este sistema de controle garante que cada nucleotídeo do genoma seja copiado apenas uma vez durante a replicação.
A replicação do DNA começa nas origens da replicação, presente em vários locais nos cromossomos. Antes do início da replicação, complexos multiproteicos chamados complexos de reconhecimento de origem se ligam ao DNA e servem como locais de ancoragem para outras proteínas.
Durante a fase G1 inicial do ciclo celular, as proteínas reguladoras Cdc6 e Cdt1 se ligam aos ORCs e auxiliam na montagem de um conjunto de proteínas chamadas proteínas MCM em complexos de anéis inativos no DNA adjacente, formando assim grandes complexos multiproteicos chamados complexos pré-replicativos ou pré-RCs. Os MCMs funcionam como DNA helicases para replicação.
No início da fase S, os S-Cdks são ativados e desencadeiam o disparo da origem, ou início da replicação do DNA, fosforilando proteínas iniciadoras específicas. As proteínas iniciadoras fosforiladas promovem o recrutamento de complexos ativadores de helicase. Esses complexos ativam as DNA helicases e recrutam a DNA polimerase, levando à replicação.
Os S-Cdks não apenas iniciam a replicação, mas também impedem que a re-replicação ocorra na mesma origem.
As S-Cdks fosforilam as proteínas Cdc6 e Cdt1, promovendo sua liberação das ORCs, levando à degradação e à desmontagem das pré-RCs.
Após a replicação do DNA, quando as helicases se desprendem da fita de DNA, as S-Cdks fosforilam as helicases, desencadeando sua exportação do núcleo.
Este mecanismo de controle do ciclo celular envolvendo S-Cdks impede o reinício da replicação, garantindo assim que a replicação do DNA ocorra apenas uma vez por ciclo celular.
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Q1: What role do S-Cdks play in initiating DNA replication?
S-Cdks are enzyme complexes activated at the onset of S-phase that trigger origin firing by phosphorylating specific initiator proteins. These phosphorylated proteins promote recruitment of helicase activator complexes, which activate DNA helicases and recruit DNA polymerase, leading to replication initiation at multiple chromosomal origins.
Q2: How do pre-replicative complexes form during the cell cycle?
During early G1-phase, regulatory proteins Cdc6 and Cdt1 bind to origin recognition complexes on DNA. These proteins aid assembly of MCM proteins into inactive ring complexes on adjacent DNA, forming large multiprotein structures called pre-replicative complexes that prepare origins for replication.
Q3: What mechanism prevents re-replication at the same origin?
S-Cdks prevent re-replication by phosphorylating Cdc6 and Cdt1 proteins, promoting their release from origin recognition complexes and triggering their degradation. This disassembles pre-replicative complexes, converting origins to a post-replicative state where high Cdk activity persists throughout S-phase and mitosis, ensuring DNA replicates only once.
Q4: How does Cdk activity control each round of DNA replication?
Low Cdk activity at the end of M-phase permits pre-replicative complex assembly, creating a replication-competent state. During the G1-S transition, increased Cdk activity triggers replication initiation and disassembles pre-replicative complexes. Persistent high Cdk activity throughout S-phase prevents re-assembly until mitosis ends and activity reduces.
Q5: What happens to MCM proteins after DNA replication is complete?
MCM proteins function as DNA helicases during replication. After replication completes and helicases disengage from the DNA strand, S-Cdks phosphorylate these helicases, triggering their export from the nucleus and preventing them from re-initiating replication at the same origin during the cell cycle.
Q6: Why do origins of replication exist in two distinct states?
Origins exist in two states to regulate replication timing and prevent re-replication. The pre-replicative complex state in G1-phase creates a replication-competent origin. The post-replicative complex state from S-phase through M-phase, maintained by high Cdk activity, prevents re-replication and ensures DNA duplicates only once per cell cycle.
Q7: What is the relationship between origin recognition complexes and replication initiation?
Origin recognition complexes bind to DNA at multiple chromosomal locations and serve as docking sites for regulatory proteins like Cdc6 and Cdt1. These complexes anchor the assembly of pre-replicative complexes, which become competent for replication when S-Cdks are activated and phosphorylate initiator proteins during S-phase.