진정 세균과 진핵생물의 DNA 복제
진정 세균의 DNA복제
진정세균은 지구상 생명체의 세 영역 중 하나에 해당되며 단세포의 원핵생물입니다. 진정 세균의 DNA복제는 주로 대장균과 이에 감염된 대장균 파지를 이용한 연구에 의해 대부분이 밝혀졌습니다. 대장균 파지는 매우 단순한 게놈을 가진 바이러스로 복제는 기본적으로 숙주의 단백질을 이용하기 때문에 연구에 빠뜨릴 수 없습니다.
진정 세균의 레플리콘
원핵 세포의 게놈은 단일 레플리콘 입니다. DNA 복제는 항상 유일한 복제 기점에서 세포주기 내에서 한 번만 수행됩니다. 이 구조를 단 카피형 이라고 부릅니다 . 단 진정 세균 중에는 콜레라균과 같이 복수의 환상 염색체를 가지는 것이나, 보렐리아균과 같이 복수의 선상 염색체를 갖는 것도 존재합니다. 원핵 세포에는 게놈 DNA뿐만 아니라 자율적으로 증식하는 염색체외 DNA인 플라스미드도 존재 하는 경우가 많습니다. 여기는 염색체와 마찬가지로 단카피형 제어의 경우도 있고, 그것과는 다른 다 카피형 제어를 받는 경우도 있습니다 . 다중 카피 타입의 제어하에 단일 세포주기 동안 플라스미드 복제가 반복되어 세포에 복수의 카피 체가 존재하게됩니다.
대장균과 고초균의 경우 DNA 복제를 끝내는 ter 서열에 독특하고 재미있는 성질을 보입니다. 양방향으로 거의 같은 속도로 진행하는 2개의 복제 포크는 복제 기점 oriC 로부터 반주한 위치를 만납니다. 이 조우점으로부터 약 100kb에 걸쳐 2개소의 종료 영역이 있습니다. 대장균에서 한쪽은 terE, D, A가 다른 한쪽은 terC, A 가 모여 있는 영역이며 고초균에서는 terI 와 terII 및 그 외의 2, 3의 부위입니다. 각 영역은 종료 할 복제 포크의 방향이 특이적으로 결정됩니다. 독특한 것은 복제 포크가 대응하는 ter 배열로 갈 때 다른 하나에 해당하는 종료 영역을 통과하는 것입니다. 이 배열은 복제 포크의 매복을 일으킵니다. 즉 어떠한 이유로 한쪽의 복제 포크가 지연되고 양포크가 본래의 조우점에서 만날 수 없어도 빨리 진행된 편이 ter 영역에서 멈추어 도착을 기다릴 것입니다.
세포주기에 DNA 복제가 단 한 번만 이루어지기 위해서는 복제 기점에 점화되었는지 여부를 나타내는 표시가 필요합니다. 박테리아의 복제 기점에는 여러 메틸화 서열이 존재하며, 이들 메틸화 상태는 DNA 복제 전후에 다르기때문에 이것이 표지가 됩니다. 예를 들어, 대장균의 oriC에는 11개의 GATC-CTAG가 있으며, 이는 아데닌의 N6 위치를 메틸화하는 Dam 메틸라제 (Dam methylase, Dam methyltransferase, DNA adenine methylase)의 표적 서열입니다. 복제 이전에는 표적 서열의 두 가닥 모두 메틸화되었습니다. 복제에 의해 메틸화가 없는 딸 사슬이 회합하고 그 결과 dsDNA 중 하나만 메틸화 된 헤미 메틸화 DNA (hemimethylated DNA)가됩니다. 헤미 메틸화는 복제 개시를 억제하는 것으로 생각됩니다. 왜냐하면 전혀 메틸화되지 않은 복제 기점은 효율적으로 기능하므로, 복제 개시에 양쇄의 메틸화가 필요하다는 생각이 부정되고 있기 때문입니다. 게놈의 다른 전형적인 GATC 서열은 어디에 있든지 복제 후 1.5분 이내에 메틸화되는 반면, 복제 기점은 약 13 분이 걸립니다. 이 때문에 복제 기점의 표적 서열은 어떤 형태로 보호되는 것으로 보입니다.
진핵 생물의 DNA 복제
진핵 생물의 DNA 복제 메커니즘은 기초를 진정 세균과 동일하게 만들면서 그보다 훨씬 복잡합니다. 그 큰 특징 중 하나는 먼저 레플리콘이 게놈에 많이 흩어져 있다는 것입니다. 몇 가지 이유가 있으며 첫째로 게놈 크기가 현저하게 거대합니다. 둘째, 예를 들어 대장균의 게놈은 하나의 염색체이나 인간의 경우 23쌍도 존재합니다. 마지막으로, 대부분의 원핵생물은 염색체가 환상인 반면에 대부분의 진핵생물은 선형입니다. 이것은 말단 복제문제 에서 설명한 것과 같은 문제를 일으킵니다.
진핵 생물의 복제본
진핵생물의 레플리콘은 비교적 짧고 효모 나 초파리에서는 약 40kb, 동물 세포에서는 약 100kb입니다. 단, 이 크기는 동일한 게놈 내에서도 10배 이상의 변동이 있습니다. 진핵 생물의 복제 속도는 약 2000bp/분이며 약 50,000bp/분의 박테리아와 비교할 때 훨씬 느립니다. 진핵 생물에는 복제 정지 점이 없고, 인접한 복제 포크와의 충돌에 의해 복제 부위에서의 DNA 복제가 완료됩니다.
진핵 세포에서 DNA 복제는 세포주기 에서 S단계 (S phase)에서만 발생합니다. S단계는 첫 번째 레플리콘 점화로 시작하고 전형적인 포유류 체세포에서는 S단계가 6시간 이상 지속됩니다.