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Präreplikativer Komplex

Englisch: pre-replication complex, pre-RC

1 Definition

Der präreplikative Komplex ist ein multimerer Proteinkomplex. Er wird an den Replikationsursprüngen gebildet und ermöglicht die koordinierte Initiation der DNA-Replikation.

2 Struktur

Vier Faktoren sind essentiell für die Lizensierung eines Replikationsursprungs:

  • Origin recognition complex (ORC): Markiert und bindet eine Sequenz des Replikationsursprungs
  • Cdc6: Eine ATPase, die an ORC bindet und die Energie für die Beladung mit der Helikase liefert
  • Cdt1 (Chromatin Licensing and DNA Replication Factor 1): Transportiert und koordiniert die Helikase zum Replikationsursprung
  • MCM-Komplex: Ein hexamerer Komplex, der als replikative Helikase agiert

Die Lizensierung eines Ursprungs (Englisch "origin licensing") ist abgeschlossen, sobald die Helikase MCM erfolgreich auf die DNA geladen wurde.[1]

3 Bildung

Die Bildung des präreplikativen Komplexes beginnt mit der Erkennung des Replikationsursprungs durch ORC. Der eukaryotische, insbesondere der tierische, Replikationsursprung ist im Vergleich zum prokaryotischen wenig charakterisiert. Der Mensch besitzt tausende, die jedoch keine konservierte Erkennungssequenz zeigen.[1] Einige Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass der Bindungsort von ORC weniger durch eine Konsensussequenz, als vielmehr durch eine spezifische Chromatinstruktur gekennzeichnet ist.[2]

Da die replikative Helikase MCM selber keine Affinität für die DNA besitzt, wird sie durch das monomere Transportprotein Cdt1 an den durch ORC markierten Replikationsursprung transportiert. Dort bindet es nicht direkt an ORC, sondern an die ATPase Cdc6, welche die Energie für die Beladung von MCM auf die DNA bereitstellt.[3] Die Hydrolyse von ATP führt vermutlich zu einer Öffnung des hexamerenen Rings von MCM, wodurch die DNA eingefädelt werden kann. Der genaue Mechanismus ist derzeit (2018) jedoch noch unklar. Anschließend wird ein weiterer MCM-Komplex rekrutiert, der jedoch entgegengesetzt ausgerichtet ist, damit eine bidirektionale Replikationsgabel entstehen kann.

Die eigentliche Trennung der Stränge (Englisch "origin firing") erfolgt durch Aktivierung von Cyclin-abhängigen Kinasen und weiteren Faktoren, wie DDK, Cdc45 und GINS.[2]

4 Zellzyklus

Die Lizensierung findet hauptsächlich in der G1-Phase statt, wenn die Aktivität von inhibierenden Cyclin-abhängigen Kinasen am niedrigsten ist. Teilweise kann eine Lizensierung aber bereits am Ende der Mitose in der Telophase stattfinden, sobald die Zellkerne wieder gebildet sind.

5 Forschungsstand

Der Mechanismus der Bildung des präreplikativen Komplex wurde hauptsächlich in Saccharomyces cerevisiae und Xenopus laevis identifiziert, wodurch eine Forschungslücke in Bezug auf das humane System entstanden ist. Jedoch zeigen alle Proteine des präreplikativen Komplexes eine sehr hohe Konservierung, wodurch angenommen wird, dass große Teile der Ergebnisse übertragbar sind. Unterschiede scheinen hauptsächlich in der Regulierung zu bestehen. Während eine Phosphorylierung von Cdt1 in tierischen Zellen zu Ubiquitinierung und Abbau durch das Proteasom führt, wird Cdt1 in Hefe daraufhin hingegen aus dem Zellkern transportiert. In beiden Fällen steht jedoch Cdt1 einer erneuten Lizensierung eines Ursprungs nicht mehr zur Verfügung.[2]

6 Quellen

  1. 1,0 1,1 Griffiths, A. J. F. Introduction to genetic analysis. 8th edn, (W.H. Freeman and Co., 2005).
  2. 2,0 2,1 2,2 Pozo, P. N. & Cook, J. G. Regulation and Function of Cdt1; A Key Factor in Cell Proliferation and Genome Stability. Genes (Basel) 8, doi:10.3390/genes8010002 (2016).
  3. Borlado, L. R. & Mendez, J. CDC6: from DNA replication to cell cycle checkpoints and oncogenesis. Carcinogenesis 29, 237-243, doi:10.1093/carcin/bgm268 (2008).

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