Herkunftserkennungskomplex - Origin recognition complex

In der Molekularbiologie , Ursprungserkennungskomplex ( ORC ) ist ein Multi-Untereinheit - DNA - Bindungskomplex (6 Untereinheiten) , daß in allen Binds Eukaryonten und Archaebakterien in einer ATP - abhängigen Weise Replikationsursprünge . Die Untereinheiten dieses Komplexes sind durch die codierten ORC1 , ORC2 , ORC3 , ORC4 , ORC5 und ORC6 Genen. ORC ist eine zentrale Komponente für die eukaryotische DNA-Replikation und bleibt während des gesamten Zellzyklus an den Replikationsursprüngen an Chromatin gebunden .

ORC steuert die DNA-Replikation im gesamten Genom und ist für ihre Initiation erforderlich. ORC gebunden an Replikationsursprünge dient als Grundlage für die Montage des prä-Replikationskomplex (Pre-RC), die enthält Cdc6 , Tah11 (aka Cdt1 ) und die Mcm2 - MCM7 - Komplex. Pre-RC Anordnung während G1 wird für die Replikation erforderlich Lizenzierung von Chromosomen vor der DNA - Synthese während der S - Phase . Zellzyklus-regulierte Phosphorylierung von Orc2, Orc6, Cdc6 und MCM durch die Cyclin- abhängige Proteinkinase Cdc28 reguliert die Initiierung der DNA-Replikation, einschließlich der Blockierung der Reinitiation in der G2 / M-Phase .

Der ORC ist während des gesamten Zellzyklus an Replikationsstartpunkte gebunden vorhanden, ist jedoch nur in der späten Mitose und frühen G1 aktiv .

In Hefe spielt ORC auch eine Rolle bei der Etablierung von Silencing an den Loci des Paarungstyps Hidden MAT Left (HML) und Hidden MAT Right (HMR). ORC beteiligt sich am Aufbau von transkriptionell stummem Chromatin bei HML und HMR, indem es das Sir1-Silencing- Protein an die HML- und HMR-Silencer rekrutiert .

Sowohl Orc1 als auch Orc5 binden ATP, obwohl nur Orc1 ATPase- Aktivität besitzt. Die Bindung von ATP durch Orc1 ist für die ORC-Bindung an DNA erforderlich und für die Lebensfähigkeit der Zellen essentiell. Die ATPase - Aktivität von Orc1 wird bei der Bildung des Pre-RC beteiligt. Die ATP-Bindung von Orc5 ist entscheidend für die Stabilität von ORC als Ganzes. Nur die Orc1-5- Untereinheiten sind für die Ursprungsbindung erforderlich; Orc6 ist für die Wartung von Pre-RCs nach der Bildung unerlässlich. Wechselwirkungen innerhalb von ORC legen nahe, dass Orc2-3-6 einen Kernkomplex bilden könnte.

Proteine

Medien abspielen

Dieser Prozess wurde durch das Laden von Mcm2-7 auf das Chromatid durch den ORC und assoziierte Proteine ​​initiiert

Folgende Proteine ​​sind im ORC vorhanden:

Archaea verfügen über eine vereinfachte Version des ORC, Mcm und als Konsequenz des kombinierten Vor-RC. Anstatt sechs verschiedene mcm- Proteine ​​zu verwenden, um ein pseudosymmetrisches Heterohexamer zu bilden, sind alle sechs Untereinheiten in der archaealen MCM gleich. Sie haben normalerweise mehrere Proteine, die sowohl zu Cdc6 als auch zu Orc1 homolog sind, von denen einige die Funktion von beiden erfüllen. Im Gegensatz zu eukaryotischen Orks bilden sie nicht immer einen Komplex. Tatsächlich haben sie unterschiedliche komplexe Strukturen, wenn sich diese bilden. Sulfolobus islandicus verwendet auch ein Cdt1-Homolog, um einen seiner Replikationsursprünge zu erkennen.

Autonom replizierende Sequenzen

Angehende Hefe

Autonome replizierende Sequenzen (ARS), die zuerst in knospenden Hefen entdeckt wurden , sind ein wesentlicher Bestandteil des Erfolgs des ORC. Diese 100-200 bp- Sequenzen erleichtern die Replikationsaktivität während der S-Phase. ARSs können an jeder neuen Stelle der Chromosomen von knospender Hefe platziert werden und erleichtern die Replikation von diesen Stellen. Es wird angenommen, dass eine hochkonservierte Sequenz von 11 bp (bekannt als das A-Element ) für die Ursprungsfunktion in knospender Hefe essentiell ist. Der ORC wurde ursprünglich durch seine Fähigkeit identifiziert, an das A-Element des ARS in knospender Hefe zu binden.

Tiere

Tierzellen enthalten eine viel kryptischere Version eines ARS, für die noch keine konservierten Sequenzen gefunden wurden. In tierischen Zellen versammeln sich die Replikationsursprünge jedoch zu Bündeln, die als Replikon- Cluster bezeichnet werden. Die Replikons jedes Clusters sind ähnlich lang, aber einzelne Cluster haben Replikons unterschiedlicher Länge. Diese Replikons haben alle ähnliche basische Reste, an die der ORC bindet, die in vielerlei Hinsicht das konservierte 11bp-A-Element nachahmen. Alle diese Cluster werden während der S-Phase gleichzeitig aktiviert .

Rolle in der Pre-RC-Montage

Der ORC ist essentiell für das Laden von MCM-Komplexen ( Pre-RC ) auf DNA. Dieser Prozess ist abhängig von ORC, Cdc6 und Cdt1 – mit mehreren ATP- kontrollierten Rekrutierungsereignissen. Erstens bilden ORC und Cdc6 einen Komplex auf der Ursprungs- DNA (markiert durch Regionen vom ARS-Typ). Neue ORC/Cdc6-Komplexe rekrutieren dann Cdt1/Mcm2-7-Moleküle an die Stelle. Sobald dieser massive ORC/Cdc6/Cdt1/Mcm2-7 (OCCM)-Komplex gebildet ist, arbeiten die ORC/Cdc6/Cdt1-Moleküle zusammen, um Mcm2-7 durch Hydrolyse von ATP durch Cdc6 auf die DNA selbst zu laden. Die phosphorylierende Aktivität von Cdc6 hängt sowohl von der ORC als auch von der Ursprungs-DNA ab . Dies führt dazu, dass Cdt1 eine verringerte Stabilität auf der DNA aufweist und vom Komplex abfällt, was zur Beladung der DNA mit Mcm2-7 führt . Die Struktur des ORC-, MCM- sowie des intermediären OCCM-Komplexes wurde aufgeklärt.

Ursprungsbindungsaktivität

Obwohl der ORC aus sechs diskreten Untereinheiten besteht, hat sich nur eine von diesen als signifikant herausgestellt - ORC1. In-vivo-Studien haben gezeigt, dass Lys -263 und Arg -367 die basischen Reste sind, die für die originalgetreue ORC-Beladung verantwortlich sind. Diese Moleküle repräsentieren das oben erwähnte ARS. ORC1 interagiert mit ATP und diesen basischen Resten, um das ORC an die Ursprungs-DNA zu binden . Es wurde festgestellt, dass dies weit vor der Replikation auftritt und dass der ORC selbst zu dem Zeitpunkt, an dem eine Mcm2-7- Beladung stattfindet, bereits an die Origin-DNA gebunden ist . Wenn Mcm2-7 zum ersten Mal geladen wird, umschließt es die DNA vollständig und die Helikase- Aktivität wird gehemmt. In der S-Phase interagiert der Mcm2-7- Komplex mit den Helikase- Cofaktoren Cdc45 und GINS , um einen einzelnen DNA-Strang zu isolieren, den Ursprung abzuwickeln und die Replikation entlang des Chromosoms zu beginnen . Um eine bidirektionale Replikation zu haben, erfolgt dieser Vorgang zweimal an einem Ursprung. Beide Ladeereignisse werden von einem ORC über einen identischen Prozess wie der erste vermittelt.

Siehe auch

• Cyclin-abhängige Kinasen (CDK)
• Zyklen
• DNA-Helikase
• DNAA
• Prä-Replikationskomplex

Verweise

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