6.6
S-Cdk DNA Replikasyonunu Başlatır
Hücre döngüsü, DNA duplikasyonuna ve ardından hücre içeriğinin iki yavru hücre oluşturacak şekilde bölünmesine yol açan bir dizi olaydır. Hücre döngüs…
Ökaryotlarda DNA replikasyonu, hücre döngüsünün S fazı sırasında gerçekleşir. Düzenleyici proteinlerden oluşan bir ağdan oluşan hücre döngüsü kontrol sistemi, hücre döngüsünün ilerlemesini yönetir.
S-fazı sikline bağımlı kinaz veya S-Cdks, S-fazı sırasında hücre döngüsü kontrolünde yer alan enzim kompleksleridir. Bu kontrol sistemi, genomdaki her nükleotidin replikasyon sırasında yalnızca bir kez kopyalanmasını sağlar.
DNA replikasyonu, kromozomlarda birden fazla yerde bulunan replikasyonun kökeninde başlar. Replikasyonun başlamasından önce, köken tanıma kompleksleri olarak adlandırılan multiprotein kompleksleri DNA'ya bağlanır ve diğer proteinler için kenetlenme bölgeleri olarak hizmet eder.
Hücre döngüsünün erken G1 fazı sırasında, düzenleyici proteinler Cdc6 ve Cdt1 ORC'lere bağlanır ve MCM proteinleri adı verilen bir dizi proteinin bitişik DNA üzerinde aktif olmayan halka komplekslerine birleştirilmesine yardımcı olur, böylece büyük multiprotein kompleksleri oluşturur. MCM'ler, replikasyon için DNA sarmalları olarak işlev görür.
S fazının başlangıcında, S-Cdk'ler aktive edilir ve spesifik başlatıcı proteinleri fosforile ederek orijin ateşlemesini veya DNA replikasyonunun başlatılmasını tetikler. Fosforile başlatıcı proteinler, helikaz aktivatör komplekslerinin işe alınmasını teşvik eder. Bu kompleksler DNA helikazlarını aktive eder ve DNA polimerazı işe alarak replikasyona yol açar.
S-CDK'ler yalnızca çoğaltmayı başlatmakla kalmaz, aynı zamanda yeniden çoğaltmanın aynı kaynakta gerçekleşmesini de engeller.
S-Cdk'ler, Cdc6 ve Cdt1 proteinlerini fosforile ederek, ORC'lerden salınmalarını teşvik eder, bozunmaya ve pre-RC'lerin sökülmesine yol açar.
DNA replikasyonundan sonra, helikazlar DNA zincirinden ayrıldığında, S-Cdk'ler helikazları fosforile ederek çekirdekten dışa aktarılmalarını tetikler.
S-Cdk'leri içeren bu hücre döngüsü kontrol mekanizması, replikasyonun yeniden başlatılmasını önler, böylece DNA replikasyonunun hücre döngüsü başına yalnızca bir kez gerçekleşmesini sağlar.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
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.