Un complejo de pre-replicación ( pre-RC ) es un complejo de proteínas que se forma en el origen de la replicación durante el paso de iniciación de la replicación del ADN . Se requiere la formación del pre-RC para que ocurra la replicación del ADN. La replicación completa y fiel del genoma asegura que cada célula hija lleve la misma información genética que la célula madre. Por consiguiente, la formación del pre-RC es una parte muy importante del ciclo celular .
Componentes
A medida que los organismos evolucionaron y se volvieron cada vez más complejos, también lo hicieron sus pre-RC. El siguiente es un resumen de los componentes del pre-RC entre los diferentes dominios de la vida.
En las bacterias , el componente principal del pre-RC es el DnaA . El pre-RC está completo cuando el DnaA ocupa todos sus sitios de unión dentro del origen bacteriano de replicación ( oriC ).
El archaeal pre-RC es muy diferente de la bacteriana pre-RC y puede servir como un modelo simplificado de la eucariota pre-RC. Está compuesto por una proteína de complejo de reconocimiento de origen único (ORC), Cdc6 / ORC1 , y un homohexámero de la proteína de mantenimiento de minicromosomas (MCM). Sulfolobus islandicus también usa un homólogo de Cdt1 para reconocer uno de sus orígenes de replicación. [1]
El pre-RC eucariota es el pre-RC más complejo y altamente regulado. En la mayoría de los eucariotas, está compuesto por seis proteínas ORC (ORC1-6), Cdc6 , Cdt1 y un heterohexámero de las seis proteínas MCM (MCM2-7). El heterohexámero MCM posiblemente surgió a través de eventos de duplicación de genes MCM y posterior evolución divergente. El pre-RC de Schizosaccharomyces pombe ( S. pombe ) es notablemente diferente al de otros eucariotas; Cdc6 se reemplaza por la proteína homóloga Cdc18. Sap1 también se incluye en el pre-RC de S. pombe porque es necesario para la unión de Cdc18. El pre-RC de Xenopus laevis ( X. laevis ) también tiene una proteína adicional, MCM9, que ayuda a cargar el heterohexámero MCM en el origen de la replicación. [2] Se ha resuelto la estructura del ORC, MCM, así como del complejo intermedio ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7 (OCCM). [3]
Reconocimiento del origen de la replicación
El reconocimiento del origen de la replicación es un primer paso crítico en la formación del pre-RC. En diferentes dominios de la vida, este proceso se lleva a cabo de manera diferente.
En los procariotas, el reconocimiento del origen lo realiza DnaA. DnaA se une estrechamente a una secuencia consenso de 9 pares de bases en oriC; 5 '- TTATCCACA - 3'. Hay 5 de tales secuencias de 9 pb (R1-R5) y 4 secuencias no consenso (I1-I4) dentro de oriC que DnaA se une con afinidad diferencial. El DnaA se une a R4, R1 y R2 con alta afinidad y a R5, I1, I2, I3 y R3 con menor afinidad. El pre-RC está completo cuando el DnaA ocupa todos los sitios de unión de 9 pb de alta y baja afinidad. [4]
Las arqueas tienen 1-3 orígenes de replicación. Los orígenes son generalmente tramos ricos en AT que varían según las especies de arqueas. La proteína ORC de arquea singular reconoce los tractos ricos en AT y se une al ADN de una manera dependiente de ATP.
Los eucariotas suelen tener múltiples orígenes de replicación; al menos uno por cromosoma. Saccharomyces cerevisiae ( S. cerevisiae ) es el único eucariota conocido con una secuencia de iniciación definida TTTTTATG / ATTTA / T. [5] Esta secuencia de inicio es reconocida por ORC1-5. No se sabe que ORC6 se una al ADN en S. cerevisiae . Las secuencias de iniciación en S. pombe y eucariotas superiores no están bien definidas. Sin embargo, las secuencias de iniciación son generalmente ricas en AT o exhiben una topología de ADN doblada o curvada. Se sabe que la proteína ORC4 se une a la porción rica en AT del origen de replicación en S. pombe usando motivos de gancho AT. El mecanismo de reconocimiento del origen en eucariotas superiores no se comprende bien, pero se cree que las proteínas ORC1-6 dependen de una topología de ADN inusual para unirse. [6]
Cargando
El ensamblaje del complejo de pre-replicación solo ocurre durante la fase M tardía y la fase G1 temprana del ciclo celular cuando la actividad de la quinasa dependiente de ciclina (CDK) es baja. Este momento y otros mecanismos reguladores aseguran que la replicación del ADN solo ocurra una vez por ciclo celular. El ensamblaje del pre-RC se basa en el reconocimiento de origen previo, ya sea por DnaA en procariotas o por ORC en arqueas y eucariotas.
El pre-RC de los procariotas se completa cuando el DnaA ocupa todos los sitios de unión posibles dentro del oriC.
El pre-RC de arqueas requiere la unión ORC del origen. Después de esto, Cdc6 y el complejo homohexámero MCM se unen de forma secuencial.
Los eucariotas tienen el pre-RC más complejo. Después de que ORC1-6 se une al origen de la replicación, se recluta Cdc6. Cdc6 recluta el factor de licenciamiento Cdt1 y MCM2-7. La unión de Cdt1 y la hidrólisis de ATP por el ORC y Cdc6 cargan MCM2-7 en el ADN. Existe un exceso estequiométrico de las proteínas MCM sobre las proteínas ORC y Cdc6, lo que indica que puede haber múltiples heterohexámeros MCM unidos a cada origen de replicación. [2]
Inicio de la replicación
Una vez formado el pre-RC, debe activarse y ensamblarse el replisoma para que se produzca la replicación del ADN.
En los procariotas, el DnaA hidroliza el ATP para desenrollar el ADN en el oriC. Esta región desnaturalizada es accesible para el cargador de helicasa DnaB y helicasa DnaC . Las proteínas de unión de una sola hebra estabilizan la burbuja de replicación recién formada e interactúan con la primasa DnaG . DnaG recluta la ADN polimerasa III replicativa y comienza la replicación.
En eucariotas, el heterohexámero MCM es fosforilado por CDC7 y CDK, que desplaza a Cdc6 y recluta MCM10 . MCM10 coopera con MCM2-7 en la contratación de Cdc45 . Cdc45 luego recluta componentes clave del replisome ; la ADN polimerasa α replicativa y su primasa. Entonces puede comenzar la replicación del ADN. [7]
Prevención del reensamblaje del complejo previo a la replicación
Durante cada ciclo celular, es importante que el genoma se replique completamente una vez y solo una vez. La formación del complejo de prerreplicación durante la fase M tardía y la fase G1 temprana es necesaria para la replicación del genoma, pero una vez que el genoma se ha replicado, la prerreplicación no debe formarse nuevamente hasta el siguiente ciclo celular. En S. cerevisiae, las CDK previenen la formación del complejo de replicación durante las fases tardías de G1, S y G2 al excluir MCM2-7 y Cdt1 del núcleo, dirigirse a Cdc6 para su degradación por el proteasoma y disociar ORC1-6 de la cromatina mediante fosforilación . [8] La prevención de la re-replicación en S. pombe es ligeramente diferente; Cdt1 es degradado por el proteasoma en lugar de ser simplemente excluido del núcleo. [9] La regulación proteolítica de Cdt1 es compartida por eucariotas superiores, incluidos Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , X. laevis y mamíferos . Los metazoos tienen un cuarto mecanismo para prevenir la repetición ; durante S y G2, la geminina se une a Cdt1 e inhibe que Cdt1 cargue MCM2-7 en el origen de la replicación. [6]
Síndrome de Meier-Gorlin
Los defectos en los componentes del complejo de replicación eucariota son conocidos por causar el síndrome de Meier-Gorlin , que se caracteriza por enanismo , ausente o hipoplásico rotuliana , orejas pequeñas, retraso del crecimiento pre- y postnatal, y microcefalia . [10] [11] Las mutaciones conocidas se encuentran en los genes ORC1 , ORC4 , ORC6 , CDT1 y CDC6 . [11] El fenotipo de la enfermedad probablemente se origina por la reducción de la capacidad de las células para proliferar , lo que conduce al número de células y al fracaso general del crecimiento. [12]
Referencias
- ^ Ausiannikava, Darya; Allers, Thorsten (31 de enero de 2017). "Diversidad de la replicación del ADN en las arqueas" . Genes . 8 (2): 56. doi : 10.3390 / genes8020056 . PMC 5333045 . PMID 28146124 .
- ^ a b Bryant, JA; Aves, SJ (2011). "Inicio de la replicación del ADN: aspectos funcionales y evolutivos" . Anales de botánica . 107 (7): 1119–26. doi : 10.1093 / aob / mcr075 . PMC 3091809 . PMID 21508040 .
- ^ Yuan, Zuanning; Riera, Alberto; Rescatar en; Sol, Jingchuan; Nandi, Saikat; Spanos, Christos; Chen, Zhuo Angel; Barbon, Marta; Rappsilber, Juri; Stillman, Bruce; Speck, Christian; Li, Huilin (13 de febrero de 2017). "Base estructural de la carga de helicasa replicativa Mcm2-7 por ORC-Cdc6 y Cdt1" . Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 24 (3): 316–324. doi : 10.1038 / nsmb.3372 . PMC 5503505 . PMID 28191893 .
- ^ Leonard, Alan C .; Grimwade, Julia E. (2004). "La construcción de un orisoma bacteriano: aparición de nuevas características reguladoras para desenrollar el origen de la replicación" . Microbiología molecular . 55 (4): 978–85. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2004.04467.x . PMC 1400601 . PMID 15686547 .
- ^ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27384026
- ^ a b Sun, J .; Kong, D. (2010). "Orígenes de la replicación del ADN, interacción ORC / ADN y ensamblaje del complejo de pre-replicación en eucariotas" . Acta Biochimica et Biophysica Sinica . 42 (7): 433–9. doi : 10.1093 / abbs / gmq048 . PMID 20705581 .
- ^ Takisawa, Haruhiko; Mimura, Satoru; Kubota, Yumiko (2000). "Replicación del ADN eucariota: del complejo de pre-replicación al complejo de iniciación". Opinión actual en biología celular . 12 (6): 690–6. doi : 10.1016 / S0955-0674 (00) 00153-8 . PMID 11063933 .
- ^ Nguyen, Van Q .; Co, Carl; Li, Joachim J. (2001). "Las quinasas dependientes de ciclina previenen la replicación del ADN a través de múltiples mecanismos". Naturaleza . 411 (6841): 1068–73. doi : 10.1038 / 35082600 . PMID 11429609 .
- ^ Ralph, Emma; Boye, Erik; Kearsey, Stephen E (2006). "El daño del ADN induce la proteólisis de Cdt1 en la levadura de fisión a través de una vía dependiente de Cdt2 y Ddb1" . Informes EMBO . 7 (11): 1134–9. doi : 10.1038 / sj.embor.7400827 . PMC 1679788 . PMID 17039252 .
- ^ "Síndrome de Meier-Gorlin: MedlinePlus Genetics" . medlineplus.gov . Consultado el 23 de febrero de 2021 .
- ^ a b "SÍNDROME DE MEIER-GORLIN 1; MGORS1" . www.omim.org . Consultado el 23 de febrero de 2021 .
- ^ Bicknell, Louise S; Bongers, Ernie MHF; Leitch, Andrea; Brown, Stephen; Schoots, Jeroen; Harley, Margaret E; Aftimos, Salim; Al-Aama, Jumana Y; et al. (2011). "Las mutaciones en el complejo de pre-replicación causan el síndrome de Meier-Gorlin" . Genética de la naturaleza . 43 (4): 356–9. doi : 10.1038 / ng.775 . PMC 3068194 . PMID 21358632 .