コンテンツにスキップ

複製起点認識複合体

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
Origin recognition complex subunit 2
識別子
略号 ORC2
Pfam PF04084
InterPro IPR007220
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum structure summary
テンプレートを表示
Origin recognition complex (ORC) subunit 3 N-terminus
識別子
略号 ORC3_N
Pfam PF07034
InterPro IPR010748
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum structure summary
テンプレートを表示
Origin recognition complex subunit 6 (ORC6)
識別子
略号 ORC6
Pfam PF05460
InterPro IPR008721
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum structure summary
テンプレートを表示

複製起点認識複合体または複製開始点認識複合体(ふくせい きてん/かいしてん にんしきふくごうたい、: origin recognition complex、略称: ORC)は、ATP依存的に複製起点に結合する、複数サブユニット(6サブユニット)からなるDNA結合複合体であり、すべての真核生物古細菌に存在する。この複合体のサブユニットは、ORC1英語版ORC2英語版ORC3英語版ORC4英語版ORC5英語版ORC6英語版遺伝子によってコードされている[1][2][3]。ORCは真核生物におけるDNA複製の中心的な構成要素であり、細胞周期を通じて複製起点のクロマチンに結合したままである[4]

ORCはゲノム全体にわたってDNA複製を指揮する因子であり、複製の開始のために必要である[5][6][7]。複製起点に結合したORCは、Cdc6英語版、Tah11(Cdt1)、Mcm2-Mcm7英語版複合体(MCM)を含む、複製前複合体(pre-RC)の組み立ての基礎として機能する[8][9][10]G1におけるpre-RCの組み立ては、S期のDNA合成に先立つ染色体の複製ライセンス化英語版に必要である[11][12][13]。細胞周期によって調節されたサイクリン依存性キナーゼCdc28によるOrc2、Orc6、Cdc6、MCMのリン酸化は、DNA複製の開始、G2/M期中の再開始の防止を調節している[4][14][15][16]

ORCは細胞周期を通じて複製起点に結合した状態であるが、有糸分裂の終盤とG1期の初期にだけ活性がある。

酵母では、ORCは接合型英語版に関する遺伝子座Hidden MAT Left(HML)とHidden MAT Right(HMR)のサイレンシングの確立にも関与している[5][6][7]。ORCは、サイレンシングタンパク質Sir1をHMLとHMRのサイレンサーへリクルートすることによって、転写的にサイレンシングされたクロマチンの組み立てに関与する[7][17][18]

Orc1とOrc5がATPを結合するが、ATPアーゼ活性を持つのはOrc1だけである[19]。Orc1のATP結合は、ORCのDNAへの結合に必要であり、細胞の生存に必須である[10]。Orc1のATPアーゼ活性はpre-RCの形成に関係している[20][21][22]。Orc5のATP結合は、ORC全体としての安定性に重要である。複製起点への結合にはOrc1からOrc5までのサブユニットのみが必要であり、Orc6は形成されたpre-RCの維持に必要である[23]。ORC内の相互作用からは、Orc2-3-6がコア複合体を形成していることが示唆される[4]

タンパク質

[編集]
この過程はORCと関連タンパク質がMcm2-7を染色分体にロードすることによって開始される。

ORCには次のようなタンパク質が存在している。

各生物種におけるORCのタンパク質サブユニット名と相同性[24]
出芽酵母

(Saccharomyces cerevisiae)

分裂酵母

Schizosaccharomyces pombe

キイロショウジョウバエ

Drosophila melanogaster

脊椎動物
ORC 1-6 ORC 1-6 ORC 1-6 ORC 1-6
Cdc6 Cdc18 Cdc6 Cdc6
Cdt1/Tah11/Sid2 Cdt1 DUP Cdt1/RLF-B
Mcm2 Mcm2/Cdc19/Nda1 Mcm2 Mcm2
Mcm3 Mcm3 Mcm3 Mcm3
Cdc54/Mcm4 Cdc21 DPA Mcm4
Cdc46/Mcm5 Mcm5/Nda4 Mcm5 Mcm5
Mcm6 Mcm6/Mis5 Mcm6 Mcm6
Cdc47/Mcm7 Mcm7 Mcm7 mcm7

古細菌のORCとMcmは単純化されており、そのためpre-RCも単純である。真核生物のように6つの異なるMcmタンパク質が擬対称のヘテロ六量体を形成するのではなく、古細菌のMCMの6つのサブユニットはすべて同一である。通常、Cdc6とOrc1の双方と相同なタンパク質が複数存在しているが、その一部が双方の機能を果たす。真核生物のORCとは異なり、常に複合体を形成しているわけではない。事実、古細菌のORCが複合体を形成するときは、多様な複合体が形成される。Sulfolobus islandicusは、複製起点の1つを認識するためにCdt1のホモログも利用する[25]

自律複製配列

[編集]

出芽酵母

[編集]

自律複製配列(autonomously replicating sequences、ARS)は出芽酵母で最初に発見されたもので、ORCが正しく機能するために不可欠である。これらの100–200塩基対の配列は、S期の間の複製活性を促進する。ARSは出芽酵母の染色体のどの場所にでも配置することができ、配置された部位からの複製を促進する。中でも11塩基対の高度に保存された配列(Aエレメントと呼ばれる)が出芽酵母での起点としての機能に必須であると考えられている[24]。ORCはもともと、出芽酵母のARSのAエレメントに結合するものとして同定された。

動物

[編集]

動物細胞のARSははるかに謎めいており、保存配列はまだ発見されていない。動物細胞では、複製起点はレプリコンクラスターへと集合する。各クラスター内ではレプリコンの長さは類似しているが、クラスター間ではレプリコンの長さは大きく異なる。これらのクラスターはS期に同時に活性化される[24]

複製前複合体の組み立てに関する役割

[編集]

ORCはMCM複合体(pre-RC)のDNAへのローディングに必須である。この過程は、ORC、Cdc6、Cdt1に依存しており、ATPによって制御されたいくつかのリクルートイベントを伴う。まず、ORCとCdc6は複製起点のDNA上で複合体を形成する。ORC/Cdc6複合体は、この部位へCdt1/Mcm2-7をリクルートする。ORC/Cdc6/Cdt1/Mcm2-7からなる巨大な複合体(OCCM複合体)が形成されると、ORC/Cdc6/Cdt1は一体となってMcm2-7をDNAへロードし、この過程でCdc6によってATPが加水分解される。Cdc6のATPアーゼ活性はORCと複製起点DNAの双方に依存している。これによってCdt1のDNA上での安定性が低下し、ロードされたMcm2-7を残して複合体から解離する[24][26][27][28]。Mcm2-7は最初にロードされた状態ではDNAを完全に取り囲んでおり、ヘリカーゼ活性は阻害されている。S期には、Mcm2-7複合体はヘリカーゼのコファクターであるCdc45英語版GINS英語版と相互作用し、複製起点のDNAを巻き戻して一本鎖DNAを作り出し、複製を開始させる。複製を双方向で行うために、この過程は複製起点で2度起こる。どちらのローディングも1つのORCによって媒介され、1度目のイベントと同じ過程が行われる[29]。これまでにORC、MCM、そして中間体となるOCCM複合体の構造が解かれている[30]

出典

[編集]
  1. ^ Origin Recognition Complex - MeSHアメリカ国立医学図書館・生命科学用語シソーラス(英語)
  2. ^ “Initiation of DNA replication in eukaryotic cells”. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 13: 293–332. (1997). doi:10.1146/annurev.cellbio.13.1.293. PMID 9442876. 
  3. ^ Chesnokov IN (2007). “Multiple functions of the origin recognition complex”. Int. Rev. Cytol.. International Review of Cytology 256: 69–109. doi:10.1016/S0074-7696(07)56003-1. ISBN 9780123737007. PMID 17241905. 
  4. ^ a b c “Yeast two-hybrid analysis of the origin recognition complex of Saccharomyces cerevisiae: interaction between subunits and identification of binding proteins”. FEMS Yeast Res. 7 (8): 1263–9. (December 2007). doi:10.1111/j.1567-1364.2007.00298.x. PMID 17825065. 
  5. ^ a b “ATP-dependent recognition of eukaryotic origins of DNA replication by a multiprotein complex”. Nature 357 (6374): 128–34. (May 1992). doi:10.1038/357128a0. PMID 1579162. 
  6. ^ a b “The multidomain structure of Orc1p reveals similarity to regulators of DNA replication and transcriptional silencing”. Cell 83 (4): 563–8. (November 1995). doi:10.1016/0092-8674(95)90096-9. PMID 7585959. 
  7. ^ a b c “Cell cycle execution point analysis of ORC function and characterization of the checkpoint response to ORC inactivation in Saccharomyces cerevisiae”. Genes Cells 11 (6): 557–73. (June 2006). doi:10.1111/j.1365-2443.2006.00967.x. PMID 16716188. 
  8. ^ “The origin recognition complex interacts with a bipartite DNA binding site within yeast replicators”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92 (6): 2224–8. (March 1995). doi:10.1073/pnas.92.6.2224. PMC 42456. PMID 7892251. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC42456/. 
  9. ^ “Initiation complex assembly at budding yeast replication origins begins with the recognition of a bipartite sequence by limiting amounts of the initiator, ORC”. EMBO J. 14 (11): 2631–41. (June 1995). doi:10.1002/j.1460-2075.1995.tb07261.x. PMC 398377. PMID 7781615. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC398377/. 
  10. ^ a b “ATPase-dependent cooperative binding of ORC and Cdc6 to origin DNA”. Nat. Struct. Mol. Biol. 12 (11): 965–71. (November 2005). doi:10.1038/nsmb1002. PMC 2952294. PMID 16228006. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2952294/. 
  11. ^ “Regulation of chromosome replication”. Annu. Rev. Biochem. 69: 829–80. (2000). doi:10.1146/annurev.biochem.69.1.829. PMID 10966477. 
  12. ^ “DNA replication in eukaryotic cells”. Annu. Rev. Biochem. 71: 333–74. (2002). doi:10.1146/annurev.biochem.71.110601.135425. PMID 12045100. 
  13. ^ Stillman B (February 2005). “Origin recognition and the chromosome cycle”. FEBS Lett. 579 (4): 877–84. doi:10.1016/j.febslet.2004.12.011. PMID 15680967. 
  14. ^ “Binding of cyclin-dependent kinases to ORC and Cdc6p regulates the chromosome replication cycle”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (20): 11211–7. (September 2001). doi:10.1073/pnas.201387198. PMC 58709. PMID 11572976. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC58709/. 
  15. ^ “Cyclin-dependent kinases prevent DNA re-replication through multiple mechanisms”. Nature 411 (6841): 1068–73. (June 2001). doi:10.1038/35082600. PMID 11429609. 
  16. ^ “Disruption of mechanisms that prevent rereplication triggers a DNA damage response”. Mol. Cell. Biol. 25 (15): 6707–21. (August 2005). doi:10.1128/MCB.25.15.6707-6721.2005. PMC 1190345. PMID 16024805. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1190345/. 
  17. ^ “Role of interactions between the origin recognition complex and SIR1 in transcriptional silencing”. Nature 381 (6579): 251–3. (May 1996). doi:10.1038/381251a0. PMID 8622770. 
  18. ^ “The origin recognition complex, SIR1, and the S phase requirement for silencing”. Science 276 (5318): 1547–51. (June 1997). doi:10.1126/science.276.5318.1547. PMID 9171055. 
  19. ^ “Coordinate binding of ATP and origin DNA regulates the ATPase activity of the origin recognition complex”. Cell 88 (4): 493–502. (February 1997). doi:10.1016/S0092-8674(00)81889-9. PMID 9038340. 
  20. ^ “ATP bound to the origin recognition complex is important for preRC formation”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (15): 8361–7. (July 2001). doi:10.1073/pnas.131006898. PMC 37444. PMID 11459976. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC37444/. 
  21. ^ “ATP hydrolysis by ORC catalyzes reiterative Mcm2-7 assembly at a defined origin of replication”. Mol. Cell 16 (6): 967–78. (December 2004). doi:10.1016/j.molcel.2004.11.038. PMID 15610739. 
  22. ^ “Sequential ATP hydrolysis by Cdc6 and ORC directs loading of the Mcm2-7 helicase”. Mol. Cell 21 (1): 29–39. (January 2006). doi:10.1016/j.molcel.2005.11.023. PMID 16387651. 
  23. ^ “An essential role for Orc6 in DNA replication through maintenance of pre-replicative complexes”. EMBO J. 25 (21): 5150–8. (November 2006). doi:10.1038/sj.emboj.7601391. PMC 1630405. PMID 17053779. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1630405/. 
  24. ^ a b c d Morgan, David (2007). The Cell Cycle: Principles of Control. Primers in Biology. pp. 62–75. ISBN 978-0878935086 
  25. ^ Ausiannikava, Darya; Allers, Thorsten (31 January 2017). “Diversity of DNA Replication in the Archaea”. Genes 8 (2): 56. doi:10.3390/genes8020056. PMC 5333045. PMID 28146124. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5333045/. 
  26. ^ Fernández-Cid, Alejandra (Winter 2017). “An ORC/Cdc6/MCM2-7 Complex Is Formed in a Multistep Reaction to Serve as a Platform for MCM Double-Hexamer Assembly”. Molecular Cell 50 (4): 577–588. doi:10.1016/j.molcel.2013.03.026. PMID 23603117. 
  27. ^ Randell, John (Winter 2017). “Sequential ATP Hydrolysis by Cdc6 and ORC Directs Loading of the Mcm2-7 Helicase”. Molecular Cell 21: 29–39. doi:10.1016/j.molcel.2005.11.023. PMID 16387651. 
  28. ^ Speck, Christian (Winter 2017). “ATPase-dependent cooperative binding of ORC and Cdc6 to origin DNA”. Nature Structural & Molecular Biology 12 (11): 965–971. doi:10.1038/nsmb1002. PMC 2952294. PMID 16228006. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2952294/. 
  29. ^ Chistol, Gheorghe (Winter 2017). “Single-Molecule Visualization of MCM2-7 DNA Loading: Seeing Is Believing”. Cell 161 (3): 429–430. doi:10.1016/j.cell.2015.04.006. PMID 25910200. 
  30. ^ Yuan, Zuanning; Riera, Alberto; Bai, Lin; Sun, Jingchuan; Nandi, Saikat; Spanos, Christos; Chen, Zhuo Angel; Barbon, Marta et al. (13 February 2017). “Structural basis of Mcm2–7 replicative helicase loading by ORC–Cdc6 and Cdt1”. Nature Structural & Molecular Biology 24 (3): 316–324. doi:10.1038/nsmb.3372. PMC 5503505. PMID 28191893. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5503505/. 

関連文献

[編集]

関連項目

[編集]