Двунаправленность репликации ДНК. Полирепликонность и асинхронность репликации.

Высокая скорость репликации гигантских геномов эукариот обеспечивается за счет одновременной инициации большого числа репликонов. При сопоставлении скорости деления клеток дрозофилы в течение первых часов эмбрионального развития и скорости синтеза ДНК, было установлено, что в ядре должно инициироваться более 20 000 репликонов. В других тканях и при других условиях число репликонов может быть иным в зависимости от продолжительности S-фазы клеточного цикла. Размеры репликонов у эукариотических организмов намного меньше, чем у бактерий и различны у разных организмов. В таблице приведены данные о числе и средних размерах репликонов у разных видов. В каждой точке начала репликации формируются две репликационные вилки, которые движутся в противоположных направлениях. Продвижение вилки прекращается, когда она столкнется с репликационной вилкой соседнего репликона.

В разных условиях может инициироваться разное число точек начала репликации. Данные о числе точек начала репликации в клетках эмбриона дрозофилы и в культуре клеток приведены в нашей статье Репликоны инициируются группами по 10—100 репликонов; так происходит до тех пор, пока не будет peплицирована вся ДНК.

В культуре клеток млекопитающих продолжительность S-фазы клеточного цикла составляет 6-8 ч, а время завершения синтеза ДНК в одном репликоне равно 45-60 мин. Это означает, что не все репликоны инициируются одновременно, существует определенная очередность инициации. Известно, что в различные периоды S-фазы активны разные группы репликонов. В ранней S-фазе преимущественно активируются репликоны, ассоциированные с R-дисками метафазных хромосом. Затем синтез происходит в хроматине G-дисков и центромер, и в поздней S-фазе удваивается ДНК гетерохроматина.

репликация днк

Если репликация ДНК в S-фазе, не сопровождается делением ядра, клетки становятся полиплоидными. Яркий пример последствия многократной репликации в неделящихся клетках это — гигантские политенные хромосомы, выявляемые у дрозофилы и других представителей отряда двукрылых. Так, в клетках слюнных желез плодовой мухи степень плоидности составляет 1024—2048. Это означает, что в них проходит 10—11 циклов репликации хромосом без деления ядра. Сестринские хроматиды не отделяются друг от друга, но остаются прилегающими по всей длине. В результате образуются гигантские, или политенные хромосомы, Для этих клеток характерно еще одно явление, связанное с репликацией — неполная политенизация, или недорепликация гетерохроматина. Эухроматиновые районы проходят все циклы репликации, гетерохроматиновые реплицируются частично. Одни районы гетерохроматина практически не политенизируются, их размер равен размерам соответствующих участков митотических хромосом. Другие участки гетерохроматина политенизируются в значительно меньшей степени, чем эухроматические. В результате неполной репликации гетерохроматина соотношение размеров гетерохроматиновых и эухроматиновых районов в митотических и политенных хромосомах одного и того же вида различно. Так, у дрозофилы в политенной Х-хромосоме клеток слюнных желез гетерохроматин составляет всего несколько процентов длины, а в митотической — более 40%.

В некоторых случаях происходит многократная репликация отдельных групп генов — амплификация. Амплификация служит одним из механизмов регуляции генной активности. В результате амплификации в специфических клетках на определенных этапах развития образуется огромное число копий генов, которые затем транскрибируются. Таким образом, за сравнительно короткое время создается большое количество важного генного продукта.

В геноме дрозофилы гены, кодирующие белки хориона, сгруппированы в два кластера. Один кластер включает шесть танцемно расположенных генов и локализован в Х-хромосоме. Другой кластер, из четырех генов, находится в хромосоме 3. Примерно за 18 ч до начала синтеза хорионических белков начинается амплификация. Затем в течение 5 ч происходит активная транскрипция образовавшихся копий генов. Число копий генов белков хориона, локализованных в Х-хромосоме, увеличивается примерно в 16 раз, а генов хромосомы 3 — в 60 раз. Соседние области амплифицированы в меньшей степени, причем, чем дальше расположены участки от генов хориона, тем меньше число копий. Амплификация хорионических генов продолжается даже после прекращения нормального синтеза ДНК в фолликулярных клетках вследствие ослабления нормального контроля репликации, запрещающего многократную инициацию репликации в одной точке. Вблизи кластера генов расположено два типа коротких элементов, взаимодействие которых необходимо и достаточно для инициации амплификации, В точке начала репликации начинается двунаправленный синтез ДНК. Затем через некоторое время в этой точке начинается второй цикл репликации, затем - третий и т.д. В результате образуется множество копий данной области, и поскольку каждая последующая вилка короче предыдущей, создается градиент числа копий. Все вновь образовавшиеся копии остаются компонентами хромосом.

Для увеличения числа копий генов рРНК в ооцитах Xenopus используется совершенно иной механизм амплификации. В гаплоидном геноме этой лягушки содержится 600 копий генов рРНК. В результате избирательной репликации этих генов число копий увеличивается в тысячи раз, В первичных половых клетках образуется небольшое число экстрахромосомных кольцевых молекул, содержащих до 20 тандемно расположенных кластеров рРНК-генов. Во время мейоза происходит многократная репликация этих молекул по типу катящегося кольца. После оплодотворения яйцеклетки амплификация прекращается.

- Читать далее "Восстановление или репарация ДНК. Нарушение первичной структуры ДНК."

Оглавление темы "Репликация ДНК - виды и механизмы.":
1. Элонгация цепей ДНК. Элонгация как этап синтеза ДНК.
2. Репликация ДНК. Характеристика параметров репликации.
3. Двунаправленность репликации ДНК. Полирепликонность и асинхронность репликации.
4. Восстановление или репарация ДНК. Нарушение первичной структуры ДНК.
5. Виды репарации ДНК. Фотореактивация.
6. Репарация ДНК за счет ДНК-полимераз. Эксцизионная репарация ДНК.
7. Исправление ошибок спаривания ДНК. Мисмэтч-репарация. Рекомбинационная репарация.
8. SOS репарация ДНК. Характеристика и механизмы SOS репарации ДНК.
9. Репарация ДНК и наследственные болезни. Пигментная ксеродерма.
10. Синдром Коккейна. Трихотиодистрофия. Генетические основы синдрома Коккейна и трихотиодистрофии.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: