Complexe de pré-réplication - Pre-replication complex
Un complexe de pré-réplication ( pré-RC ) est un complexe protéique qui se forme à l' origine de la réplication lors de l'étape d'initiation de la réplication de l' ADN . La formation du pré-RC est nécessaire pour que la réplication de l'ADN se produise. La réplication complète et fidèle du génome garantit que chaque cellule fille portera la même information génétique que la cellule mère. En conséquence, la formation du pré-RC est une partie très importante du cycle cellulaire .
Composants
Au fur et à mesure que les organismes évoluaient et devenaient de plus en plus complexes, leurs pré-CR ont évolué. Ce qui suit est un résumé des composantes de la pré-RC parmi les différents domaines de la vie.
Chez les bactéries , le composant principal du pré-RC est l' ADNA . Le pré-RC est terminé lorsque l'ADNA occupe tous ses sites de liaison au sein de l'origine bactérienne de réplication ( oriC ).
Le pré-RC archéal est très différent du pré-RC bactérien et peut servir de modèle simplifié du pré-RC eucaryote. Il est composé d'une protéine de complexe de reconnaissance d'origine unique (ORC), Cdc6 / ORC1 , et d'un homohexamère de la protéine de maintenance des minichromosomes (MCM). Sulfolobus islandicus utilise également un homologue Cdt1 pour reconnaître l'une de ses origines de réplication.
Le pré-RC eucaryote est le pré-RC le plus complexe et le plus réglementé. Chez la plupart des eucaryotes, il est composé de six protéines ORC (ORC1-6), Cdc6 , Cdt1 et d'un hétérohexamère des six protéines MCM (MCM2-7). L'hétérohexamère MCM est sans doute apparu via des événements de duplication du gène MCM et une évolution divergente ultérieure. Le pré-RC de Schizosaccharomyces pombe ( S. pombe ) est notablement différent de celui des autres eucaryotes; Cdc6 est remplacé par la protéine homologue Cdc18. Sap1 est également inclus dans le pré-RC de S. pombe car il est nécessaire pour la liaison de Cdc18. Le pré-RC de Xenopus laevis ( X. laevis ) a également une protéine supplémentaire, MCM9, qui aide à charger l'hétérohexamère MCM sur l'origine de la réplication. La structure du complexe ORC, MCM, ainsi que du complexe intermédiaire ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7 (OCCM) a été résolue.
Reconnaissance de l'origine de la réplication
La reconnaissance de l'origine de la réplication est une première étape critique dans la formation du pré-RC. Dans différents domaines de la vie, ce processus est accompli différemment.
Chez les procaryotes, la reconnaissance de l'origine est réalisée par DnaA. DnaA se lie étroitement à une séquence consensus de 9 paires de bases dans oriC; 5 '- TTATCCACA - 3'. Il y a 5 séquences de 9 pb (R1-R5) et 4 séquences non consensus (I1-I4) dans oriC que DnaA se lie avec une affinité différentielle. DnaA lie R4, R1 et R2 avec une affinité élevée et R5, I1, I2, I3 et R3 avec une affinité moindre. Le pré-RC est terminé lorsque l'ADNA occupe tous les sites de liaison de 9 pb à haute et basse affinité.
Les archées ont 1 à 3 origines de réplication. Les origines sont généralement des étendues riches en AT qui varient en fonction des espèces archéennes. La protéine ORC archée singulière reconnaît les étendues riches en AT et se lie à l'ADN d'une manière dépendante de l'ATP.
Les eucaryotes ont généralement de multiples origines de réplication; au moins un par chromosome. Saccharomyces cerevisiae ( S. cerevisiae ) est le seul eucaryote connu avec une séquence d'initiation définie TTTTTATG / ATTTA / T. Cette séquence d'initiation est reconnue par ORC1-5. ORC6 n'est pas connu pour se lier à l'ADN chez S. cerevisiae . Les séquences d'initiation chez S. pombe et les eucaryotes supérieurs ne sont pas bien définies. Cependant, les séquences d'initiation sont généralement soit riches en AT, soit présentent une topologie d'ADN courbée ou courbée. La protéine ORC4 est connue pour se lier à la partie riche en AT de l'origine de réplication chez S. pombe en utilisant des motifs de crochet AT. Le mécanisme de reconnaissance de l'origine chez les eucaryotes supérieurs n'est pas bien compris mais on pense que les protéines ORC1-6 dépendent d'une topologie d'ADN inhabituelle pour la liaison.
Chargement
L'assemblage du complexe de pré-réplication se produit uniquement à la fin de la phase M et au début de la phase G1 du cycle cellulaire lorsque l' activité de la kinase dépendante de la cycline (CDK) est faible. Ce calendrier et d'autres mécanismes de régulation garantissent que la réplication de l'ADN ne se produira qu'une fois par cycle cellulaire. L'assemblage du pré-RC repose sur la reconnaissance préalable de l'origine, soit par ADNA chez les procaryotes, soit par ORC chez les archées et les eucaryotes.
Le pré-RC des procaryotes est terminé lorsque l'ADNA occupe tous les sites de liaison possibles au sein de l'oriC.
Le pré-RC des archées nécessite une liaison ORC de l'origine. Après cela, Cdc6 et le complexe homohexamérique MCM se lient de manière séquentielle.
Les eucaryotes ont le pré-RC le plus complexe. Une fois ORC1-6 lié à l'origine de la réplication, Cdc6 est recruté. Cdc6 recrute le facteur de licence Cdt1 et MCM2-7. La liaison Cdt1 et l'hydrolyse de l'ATP par l'ORC et le Cdc6 chargent le MCM2-7 sur l'ADN. Il existe un excès stoechiométrique des protéines MCM par rapport aux protéines ORC et Cdc6, indiquant qu'il peut y avoir plusieurs hétérohexamères MCM liés à chaque origine de réplication.
Lancement de la réplication
Une fois le pré-RC formé, il doit être activé et le réplisome assemblé pour que la réplication de l'ADN se produise.
Chez les procaryotes, l'ADNA hydrolyse l'ATP afin de dérouler l'ADN à l'oriC. Cette région dénaturée est accessible à l' hélicase DnaB et au chargeur d'hélicase DnaC . Les protéines de liaison simple brin stabilisent la bulle de réplication nouvellement formée et interagissent avec la DnaG primase . DnaG recrute l' ADN polymérase III réplicative et la réplication commence.
Chez les eucaryotes, l'hétérohexamère MCM est phosphorylé par CDC7 et CDK, ce qui déplace Cdc6 et recrute MCM10 . MCM10 coopère avec MCM2-7 dans le recrutement de Cdc45 . Cdc45 recrute ensuite des composants clés du réplisome ; l'ADN polymérase α réplicative et sa primase. La réplication de l'ADN peut alors commencer.
Prévention du réassemblage complexe de pré-réplication
Au cours de chaque cycle cellulaire, il est important que le génome soit complètement répliqué une et une seule fois. La formation du complexe de pré-réplication à la fin de la phase M et au début de G1 est nécessaire pour la réplication du génome, mais après que le génome a été répliqué, le pré-RC ne doit pas se former à nouveau avant le cycle cellulaire suivant. Chez S. cerevisiae, les CDK empêchent la formation du complexe de réplication au cours des phases tardives G1, S et G2 en excluant MCM2-7 et Cdt1 du noyau, en ciblant Cdc6 pour la dégradation par le protéasome et en dissociant ORC1-6 de la chromatine par phosphorylation . La prévention de la re-réplication chez S. pombe est légèrement différente; Cdt1 est dégradé par le protéasome au lieu d'être simplement exclu du noyau. La régulation protéolytique de Cdt1 est partagée par les eucaryotes supérieurs, y compris Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , X. laevis et les mammifères . Les métazoaires ont un quatrième mécanisme pour empêcher la re-réplication ; pendant S et G2, la géminine se lie à Cdt1 et empêche Cdt1 de charger MCM2-7 sur l'origine de la réplication.
Syndrome de Meier-Gorlin
Des défauts dans les composants du complexe de réplication eucaryote sont connus pour provoquer le syndrome de Meier-Gorlin , qui se caractérise par un nanisme , des rotules absentes ou hypoplasiques , de petites oreilles, une croissance prénatale et postnatale altérée et une microcéphalie . Les mutations connues se trouvent dans les gènes ORC1 , ORC4 , ORC6 , CDT1 et CDC6 . Le phénotype de la maladie provient probablement de la capacité réduite des cellules à proliférer , conduisant au nombre de cellules et à un échec général de la croissance.