짧은 RNA 조각을 합성하는 Primase
Primase는 Pol 알파와 결합돼서 프라이머를 만든다.
그리고 Pol 델타와 앱실론으로 교체되면서 진정한 DNA가 만들어진다.
Sliding clamp가 고정을 시켜줘야 이탈되지 않으면서 DNA 복제의 연속성을 가진다.
Sliding clamp는 Pol 델타와 앱실론에 결합한다.
활주 클램프는 DNA 중합효소의 진행성을 크게 증가시킨다.
복제분기점에서 진행성이 높으면 염색체의 복제는 신속히 이루어진다.
신속하게 이루어지는 이유는 DNA 중합효소가 Sliding DNA clamp(활주 클램프)라는 단백질과 결합하기 때문이다.
Sliding clamp는 DNA 중합효소의 진행성을 크게 증가시킨다.
앞으로 계속 복제되어야 될 부분이 있는 상황에서 친화도가 높다.
DNA 중합효소가 단일가닥 DNA 끝에 다다르면,
활성부위에 dsDNA가 존재하면,
중합효소의 입체구조가 변하여 중합효소의 Sliding clamp와 DNA에 대한 친화성이 감소하게 된다.
마지막 것까지 채우면 더이상 복제할 부분이 없을 때에 친화도가 약화되어 분리된다.
Sliding Clamp는 클램프 장전자에 의해 열려져 DNA에 얹혀진다.
Sliding clamp는 Clamp loader에 의해서 DNA에 걸쳐지게 된다.
Clamp loader에 의해서 얹혀지는 sliding clamp는 여러가지 기능을 하게 된다.
Sliding clamp는 클램프로더와 결합하는 자리가 있다.
1. 클램프로더에 의해서 DNA에 걸쳐지게 되고
2. DNA polymerase와 결합하면 연속성을 갖게 되고
3. 복제되고 나서 남아있는 Sliding clamp는 새로운 뉴클레오솜을 형성할 수 있는 조립인자와 결합하여 뉴클레오좀 조립을 할 수 있다.
4. 오카자키 조각 ligase를 불러와서 오카자키 조각을 연결한다.
5. DNA 수선 기구 단백질들도 Sliding Clamp가 불러올 수 있다.
복제분기점에서의 DNA 합성
복제는 복제원점을 중심으로 해서 양방향성으로 이루어진다.
중합효소는 반대방향으로 가지만 서로 묶여있다.
중합효소가 묶여있으면서 헬리케이스가 가는 방향대로 가야하는데, 역으로 가는 DNA polymerase는 어떻게 진행되나?
RNA프라이머 지우고 DNA 채우는 역할을 하는 것은 Polymerase 1 이다.
Polymerase 3 가 복제의 주역이다.
실제로 DNA의 복제를 수행하고 있는 Polymerase 3를 보면 코어가 3개이다.
음성 초나선을 집어 넣는 Topoisomerase가 맨 앞에 있고
바로 뒤에 나선을 푸는 Helicase가 있다.
풀어진 DNA가 다시 붙지 않게 SSB(single stranded DNA binding protein)가 붙어있다.
선도가닥 DNA는 한번 프라이머가 붙으면 쭉 안 멈추고 복제할 수 있고
지체가닥 DNA는 오카자키 절편을 만들면서 ligase로 붙인다.
선도가닥 DNA가 지체가닥보다 복제가 좀더 빨리 이루어진다.
복제분기점 단백질들 사이의 상호작용으로 대장균 레플리솜이 형성된다.
Replication fork에서 일하는 Replisome
Replisome : 복제를 위해 복제분기점에서 작동하는 모든 단백질의 조합
옛날 그림이라 코어가 2개밖에 안그려져 있다.
지체가닥을 쭉 뽑아서 같은 방향으로 간다.
왜 선도가닥과 지체가닥이 같은 방향으로 합성하는지 알 수 있다.
하나는 Leading strand 복제에 쓰이고,
다른 두개는 Lagging strand 복제에 쓰인다.
DNA 복제 개시
복제 개시, 복제 연장, 복제 종결, 세 과정으로 되어있다.
유전체의 특정 DNA 서열이 DNA 복제개시를 지시한다.
복제 개시는 정해진 장소에서 된다 : 특정서열이 있다.
복제 개시의 서열을 복제자 서열이라고 한다 : 개시인자 결합자리 + 풀리기 시작하는 부위
복제개시의 복제단위 모델
Replicon : 복제 단위
Replicator(복제자) : 복제 개시를 지시하는 서열
복제자의 구조 = 개시인자 단백질 결합 부위 + 최초로 벌어져서 열리는 부위
Initiator(개시인자) : 개시인자 단백질, 복제개시를 활성화
복제자 서열은 개시인자 결합자리와 쉽게 풀리는 DNA 부위를 가지고 있다.
복제자의 DNA 서열은 두 가지 공통적인 특징을 가진다.
첫째, 복제개시 기구 형성을 촉진하는 개시인자 단백질 결합자리를 가진다.
둘째, 쉽게 풀릴 수 있는 TA가 풍부한 DNA 부위를 가진다.
처음 복제가 시작되는 서열을 oriC 라고 한다.
결합과 풀림 : 개시인자 단백질에 의한 복제 개시점 선택과 활성화
1. 개시인자-개시인자 간의 상호작용 그리고 개시인자-DNA간 상호작용
2. 명확한 세포 cycle이 있으므로 세포 주기마다 딱 한번 정확하게 복제하는 시기가 있다.
3. DNA가 풀어져야 하므로 헬리케이스가 장전되어야 한다.
단백질-단백질간 그리고 단백질-DNA간 상호작용이 개시과정을 지시한다.
복제자 = 개시인자(벌어짐) +
a. 개시인자(DnaA)가 oriC(9-염기서열)에 결합한다.
일단 개시인자가 복제자 서열에 결합하면, 복제개시의 나머지 단계는 단백질-단백질 간, 그리고 서열에 관계없는 단백질-DNA간 상호작용에 의해 진행된다.
복제자
개시인자 단백질이 결합
개시인자 = DnaA
ATP와 결합됐을 때만 활성화가 된다.
약간 찌그러져서 압박이 생겨서 13mer에서 벌어진다
13mer의 특징은 A,T 가 풍부하다는 것이다.
G,C 염기쌍이 많은 부분은 버틸 수 있다.
DnaA 가 하나가 오면 상호작용으로 인해서 DNA가 압력을 견디지 못하는 AT염기쌍이 풍부한 서열에서 먼저 뜯어진다.
b. DnaA.ATP가 서열에 결합하면 13-염기서열 DNA가 풀린다.
풀려진 ssDNA가 상보가닥에 붙지 못하도록 한다.
c. 헬리카아제(DnaB)와 헬리카아제 장전자(DnaC) 복합체가 DnaA가 결합된 복제개시점에 결합한다.
d. DNA 헬리카아제 장전자는 복제개시점의 ssDNA 주위를 둘러싸게 한다.
e. 각 DNA 헬리카아제는 주형에서 RNA 프라이머를 합성하는 DNA Primase를 불러온다.
그림 3’ 잘못되어있음
Helicase는 지체가닥에만 연결되어 있음
f. 새로 합성된 프라이머와 헬리카아제가 DNA Pol lll의 클램프로더에 인식된다.
g. DNA 헬리카아제가 약 1000 염기가량 움직이면 두 번째 RNA 프라이머가 각 지체가닥 주형에서 합성되고 활주 클램프가 장전된다.
진핵생물 염색체는 세포주기마다 정확히 한 번만 복제한다.
복제는 아무때나 하는 것이 아니다. 분열하기 전에 한번만 한다.
진핵세포는 세포주기가 명확하기 때문에 세포 주기와 복제의 타이밍이 중요하다.
원핵세포는 단 하나의 복제 원점인 replicator가 있다.
진핵세포는 여러 개의 염색체로 쪼개져 있고 각 염색체는 여러 개의 복제 원점을 가지고 있다.
모든 복제원점에서 시작되는 건 아니지만 여러군대에서 동시 다발적으로 일어나서 충분히 빠른 시간에 복제가 완료될 수 있다.
발생 초기에 수정란은 엄청 빠르게 분열한다.
그 때에는 복제 원점들을 총동원해서 빠르게 진행하는 것이다.
그러나 보통의 세포분열은 모든 복제분기점들을 다 쓰지 않아도 충분히 시간을 따라갈 수 있다.
따라서 가능한 복제원점은 수만개인데 발생 단계에 따라서 그것들을 다 쓰기도 하고 일부만 쓰기도 한다.
그러므로 복제자가 자체적으로 활성화되어 복제가 이루어졌는지, 아니면 인접한 복제자에서 유래된 복제분기점에 의해 복제되었는지에 관계없이 복제자는 그 다음 세포분열 주기까지는 불활성화되어야 한다.
진핵세포 복제개시의 첫 단계는 헬리카아제 장전이다.
헬리카아제 장전은 G1기(S기 이전)에 모든 복제자에서 일어난다.
복제자나 개시점 활성화, 헬리카아제 활성화 및 Replisome 조립은 S기에 진입한 후에만 발생한다.
S기에서 DNA 복제를 끝내면 G2기가 되고 모든 것이 완벽하게 되면
M기에 분열이 되는 시기가 있다.
복제를 개시할 때 G1기의 가장 초기 이벤트인
ORC라는 개시인자(대장균은 DnaA)가 복제자 서열에 결합한다.
헬리케이스를 인산화시키면 활상화가 완료된다.
헬리케이스가 활성화 되면 계속 풀면서 가는 것이므로 프라이머가 합성이 되어야 한다.
Pol 알파가 선도가닥에서는 Pol 엡실론으로 대체되고 지체가닥 Pol 델타로 대체된다.
핵심은 헬리케이스가 활성화가 되면 양방향 복제를 해야 하므로 분리된다는 것이다.
헬리케이스가 복제 원점에 올라타는 것은 G1기에서 이루어진다.
헬리케이스의 활성화는 S기에서 된다
헬리카아제의 장전과 활성화는 각 세포주기 동안 단 한번만 복제가 일어나도록 조절된다.
어떻게 세포주기 동안 수백 혹은 수천 개의 복제개시점이 단 한번만 활성화 될까?
답은 세포 주기당 한번 일어나는 두 복제상태의 변화에 있다.
G1기 동안 세포들은 헬리카아제 장전단계에 들어서고
헬리카아제 장전을 하지만 장전된 헬리카아제를 활성화하지는 못한다.
S기에 들어서면 G2기와 M기를 지나면서 계속해서 G1기에 장전된 헬리카아제는 활성화되지만 새로운 헬리카아제 장전은 엄격히 제한된다.
중요한 것은 헬리카아제 장전과 활성화는 서로 양립할 수 없다는 것이다.
헬리카아제 장전 기회 : G1기 단한번
헬리카아제 활성화 기회 : S, G2, M기 중 단 한번
장전된 할리카아제는 S기 동안 활성화되거나 제거된다.
조절하는 방법은?
- 장전된 헬리카아제 활성화
- 헬리카아제 장전 막기
G1기에는 CDK 농도가 낮아서 장전이 되어도 활성화는 안된다.
S기부터는 CDK 농도가 높아지면서 장전은 막고 활성화는 활성화 된다.
G1기에 올라타고 S기에 활성화가 된다.
CDK가 활성화 시켜준다.
그러면 헬리케이스가 양쪽으로 쪼개진다.
진핵세포와 원핵세포 DNA 복제개시의 유사점
대장균에서의 복제 개시
GATC 가 메틸화가 되어야 DnaA가 붙을 수 있다.
SeqA 가 결합하게 되면 DNA 메틸화 효소를 방해한다.
공유결합으로 묶여있는 것이 아니고 일부는 떨어졌다 붙었다 한다.
Dam methylase가 들어가면 메틸화가 진행된다.
DNA methylation
'🧬 Bio > 분자생물학' 카테고리의 다른 글
| 분자생물학 10장 (1) - 돌연변이와 mismatch repair (1) | 2020.10.11 |
|---|---|
| 분자생물학 9장 (4) - 텔로미어 (0) | 2020.10.11 |
| 분자생물학 9장 (2) - 복제분기점, Primase, Helicase, DNA polymerase (6) | 2020.10.10 |
| 분자생물학 9장 (1) - DNA 복제 (0) | 2020.10.04 |
| 분자생물학 8장 (2) (0) | 2020.09.25 |