Chapter 5: DNA and Chromosome Structure

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5.5:

Duplicazione dei cromosomi

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Chromosome Replication

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Durante la fase S del ciclo cellulare, il processo di replicazione del cromosoma inizia simultaneamente in ciascuno dei cromosomi di una cellula con numerose origini di replicazione. Un’origine della replicazione è una sequenza nucleotidica che interagisce con proteine iniziatrici specializzate, drfinite complesso di riconoscimento dell’origine, nei siti in cui inizia la replicazione del DNA. La definizione di queste origini di replicazione è complessa.Data la grande dimensione del genoma umano, ad esempio, si stima che decine di migliaia di origini sarebbero necessarie per replicare l’intero genoma in modo tempestivo. Negli esseri umani, alcun consenso univoco su sequenze di origine specifiche è stato raggiunto. Invece, è probabile che le origini siano definite da una combinazione di sequenze nucleotidiche e struttura cromatinica.La lunghezza del DNA che copre un’origine di replicazione e i suoi due rispettivi termini di replicazione, dove le forcelle di replicazione adiacenti eventualmente si fondano, è chiamato un replicone. La replicazione, non avviene tuttavia contemporaneamente, in tutti i repliconici Diversi tipi di cellule hanno il proprio tempo specifico per l’inizio della replicazione, tipicamente in cluster di origini. La replicazione del DNA progredisce in questo modo attraverso il cromosoma fino a raggiungere i telomeri, che hanno un processo di replicazione unico che coinvolge l’enzima telomerasi, una trascrittasi inversa.A questo punto del ciclo cellulare, proprio prima della divisione cellulare o fase M, una cellula avrà effettivamente raddoppiato la sua massa cromosomica. Oltre al DNA, le proteine istoniche sono critiche per la struttura fisica e la funzione del cromosoma eucariotico. così, durante la replicazione del cromosoma la sintesi dell’istone deve avvenire simultaneamente alla replicazione del DNA.Mentre le forcelle di replicazione irradiano verso l’esterno dalle origini della replicazione, interrompendo i nucleosomi associati con i filamenti di stampo del DNA. Vari studi suggeriscono fortemente che i nucleosomi di nuova formazione siano realizzati esclusivamente dagli istoni sintetizzati e che i vecchi nucleosomi siano riformati. A questo punto, i nuovi e vecchi nucleosomi sono dispersi casualmente nei due filamenti di DNA a seguito della forcella di replicazione.

5.5:

Duplicazione dei cromosomi

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.

Suggested Reading

Ramachandran, Srinivas, and Steven Henikoff. "Replicating nucleosomes." Science advances 1.7 (2015): e1500587.
Prioleau, Marie-Noëlle, and David M. MacAlpine. "DNA replication origins—where do we begin?." Genes & development 30.15 (2016): 1683-1697.
Leonard AC, Méchali M. DNA replication origins. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013;5(10):a010116. Published 2013 Oct 1. doi:10.1101/cshperspect.a010116
Greider, Carol W., and Elizabeth H. Blackburn. "Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts." cell 43.2 (1985): 405-413.

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Chromosome Replication S Phase Cell Cycle Origins Of Replication Origin Recognition Complex Nucleotide Sequences Chromatin Structure Replicon Replication Forks Telomeres Telomerase M Phase