DNA 복제의 개시

원핵과 진핵생물의 DNA 복제는 복제개시점이라 불리는 특정한 서열에서 시작된다. 즉, 복제는 항상 염색체의 특정한 부위에서 시작된다. 

1. 복제 시작점

1. DNA 복제는 ori라고 불리는 독특한 염기서열에서 시작한다.

2. 원핵생물 대장균의 복제 시작점 : oriC ( 약 245~250bp )

250 염기서열 내에 A - T 염기쌍이 많은 13bp가 3번 반복된 배열과 9개의 공통서열 염기 ( dna A 상자 ) 가 4번 반복된 서열로 이루어져 있다.

2. 프리모좀의 형성 - 대장균 ( E.coli )의 경우

1. ATP와 세균의 히스톤 유사 단백질인 HU 존재 하에서 15~20개의 DnaA 단백질이 9 염기쌍 4회 반복 부위와 결합하여, 단백질 - DNA 복합체를 형성한다. DnaA는 A - T rich 부위인 13 염기쌍 3회 반복 부위를 인지하여 단일사슬로 분리해 개방복합체를 형성한다.

2. DnaC 단백질의 도움으로 DnaB 단백질이 변성된 DNA 영역과 결합한다.

3. DnaB는 프라이머 중합효소 ( DnaG )의 결합을 촉진해 프리모좀이 완성된다.

(1) DnaB 단백질은 각 사슬에 결합하여 양방향으로 DNA를 풀어 두 개의 잠재적인 복제 분기점을 형성한다.

(2) DnaG ( primase )에 의해 RNA 프라이머가 합성된다. RNA primer의 길이는 10~60 bp이고, 이후에 DNA 합성이 시작된다.

(3) 개시는 DNA 복제 단계 중 유일하게 조절이 가능한 단계로, 이러한 개시는 세포 주기에서 복제가 한 번만 일어나도록 조절된다. 이 조절 기전은 잘 알려져 있지 않지만 유전적, 생화학적 연구를 통해 몇 가지 사실이 발견되었다.

(4) 복제 개시의 시기는 DNA 메틸화와 세균 원형질막의 상호작용에 의해 영향을 받는다. oriC DNA는 Dam 메틸화 효소에 의해 메틸화되며, 이 효소는 회문구조의 염기서열 5`- GATC 내에 존재하는 아데닌의 N5 위치를 메틸화 시킨다. 복제 직후에 DNA는 반메틸화 되며, 다시 DnaA 단백질과 결합하여 복제하려면 Dam 메틸화 효소에 의해 메틸화 되어야 한다. 

3. 위상 이성질화 효소의 역할

1. 헬리카아제의 작용으로 형성된 초나선을 제거해주는 역할을 한다.

2. 대부분의 생물체는 여러 종류의 topoisomerase를 가지고 있는데, 위상 이성질화 효소는 DNA를 절단하는 방식에 따라 분류된다.

(1) 제1군 ( type Ⅰ topoisomerase )

일시적으로 한 가닥을 자르고 연결한다. 일반적으로 ATP가 필요 없다.

(2) 제2군 ( type Ⅱ topoisomerase )

DNA 이중나선을 모두 절단하고 다시 연결한다. 일반적으로 ATP가 요구된다.

ex) 대장균의 DNA gyrase : 원핵생물의 topoisomerase Ⅱ ( DNA gyrase )는 양성 초나선을 relaxed DNA로 되게 할 수 있으며, 음성 초나선을 형성시킬 수도 있다. 따라서 DNA 복제 시에 생성되는 양성 초나선은 DNA gyrase에 의하여 제거된다.   topoisomerase Ⅰ은 불가능하다.

4. SSB 단백질

1. DNA 사슬의 재결합을 방지하거나 동일 사슬 내에서의 수소결합 형성을 방지한다. DNA gyrase가 DnaB 나선효소 ( helicase )에 의해 생긴 위상학적 스트레스를 해제하는 동안 SSB 단백질은 분리된 DNA 가닥을 안정화한다.

2. 외가닥 DNA에 SSB 단백질이 붙고 나면 DNA의 복제가 진행된다.