34.6
S-Cdk инициирует репликацию ДНК
Клеточный цикл представляет собой серию событий, приводящих к дупликации ДНК с последующим разделением клеточного содержимого с образованием двух доче…
У эукариот репликация ДНК происходит во время S-фазы клеточного цикла. Система управления клеточным циклом, состоящая из сети регуляторных белков, управляет протеканием клеточного цикла.
Циклин-зависимая киназа S-фазы, или S-Cdk, представляет собой ферментные комплексы, участвующие в контроле клеточного цикла во время S-фазы. Эта система контроля гарантирует, что каждый нуклеотид в геноме копируется только один раз во время репликации.
Репликация ДНК начинается с истоков репликации, присутствующей в нескольких местах хромосом. Перед началом репликации мультибелковые комплексы, называемые комплексами распознавания происхождения, связываются с ДНК и служат стыковочными сайтами для других белков.
Во время ранней G1-фазы клеточного цикла регуляторные белки Cdc6 и Cdt1 связываются с ORC и помогают в сборке набора белков, называемых белками MCM, в неактивные кольцевые комплексы на соседней ДНК, тем самым образуя большие мультибелковые комплексы, называемые пререпликативными комплексами или пре-RC. МКМ функционируют как геликазы ДНК для репликации.
В начале S-фазы S-Cdk активируются и инициируют исходное возбуждение, или инициацию репликации ДНК, путем фосфорилирования специфических белков-инициаторов. Фосфорилированные инициирующие белки способствуют рекрутированию геликазных активаторных комплексов. Эти комплексы активируют геликазы ДНК и рекрутируют ДНК-полимеразу, что приводит к репликации.
S-Cdk не только инициируют репликацию, но и предотвращают повторную репликацию в том же источнике.
S-Cdk фосфорилируют белки Cdc6 и Cdt1, способствуя их высвобождению из ORC, что приводит к деградации и разборке пред-RC.
После репликации ДНК, когда геликазы отделяются от цепи ДНК, S-Cdk фосфорилируют геликазы, вызывая их экспорт из ядра.
Этот механизм контроля клеточного цикла с участием S-Cdk предотвращает повторную инициацию репликации, тем самым гарантируя, что репликация ДНК происходит только один раз за клеточный цикл.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What role does S-Cdk play in initiating DNA replication?
S-Cdk, a cyclin-dependent kinase, is the primary molecular trigger for DNA replication initiation. It phosphorylates key licensing factors and replication proteins, converting cells from G1 phase into S phase. This activation marks the commitment point where the cell begins duplicating its entire genome, a critical step within the cell cycle.
Q2: How does S-Cdk differ from other cyclin-dependent kinases?
S-Cdk is specifically active during S phase and targets replication machinery proteins, whereas other Cdks regulate different cell cycle transitions. S-Cdk's substrate specificity and timing distinguish it as the primary replication initiator, making it essential for coordinating DNA synthesis with other cell cycle events.
Q3: What happens to licensing factors when S-Cdk becomes active?
S-Cdk phosphorylates licensing factors like Cdt1 and Cdc6, preventing them from rebinding to chromatin. This phosphorylation ensures DNA replicates only once per cell cycle by blocking re-licensing of origins that have already fired, maintaining genomic stability and preventing gene amplification.
Q4: Why is S-Cdk activity restricted to S phase?
S-Cdk activity is tightly regulated by cyclin S levels, which rise only during S phase. This temporal restriction ensures DNA replication initiates at the appropriate time and prevents inappropriate re-replication. Once S phase ends, cyclin S degradation inactivates S-Cdk until the next cell cycle.
Q5: What proteins does S-Cdk phosphorylate to activate replication origins?
S-Cdk phosphorylates origin recognition complex proteins and helicase loader proteins, facilitating the assembly of replication machinery at origins of replication. These phosphorylation events promote the loading of MCM2-7 helicases and other initiation factors required to unwind DNA and begin synthesis.
Q6: How does S-Cdk prevent re-replication of DNA?
S-Cdk phosphorylates and inactivates licensing factors, preventing them from re-loading onto replicated DNA. This mechanism ensures each chromosomal region replicates exactly once per cell cycle. The inhibition persists until licensing factors are dephosphorylated in the next G1 phase, maintaining genomic integrity.
Q7: What is the relationship between S-Cdk activation and G1/S transition?
S-Cdk activation marks the G1/S checkpoint transition, committing cells to DNA replication. Rising S-cyclin levels drive S-Cdk activity, which phosphorylates substrates that both activate replication origins and prevent re-licensing. This dual action ensures orderly progression through the cell cycle and prevents genomic instability.