Войти
| Семейство MCM2-7 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Общая структура двойного гексамера Mcm2-7 | |||||||||||
| Идентификаторы | |||||||||||
| Символ | MCM | ||||||||||
| Pfam | PF00493 | ||||||||||
| Pfam clan | CL0023 | ||||||||||
| InterPro | IPR031327 | ||||||||||
| SMART | SM00350 | ||||||||||
| PROSITE | PDOC00662 | ||||||||||
| |||||||||||
| Pfam отображается на основной связывающий АТФ домен. | |||||||||||
комплекс поддерживающего белка минихромосомы (MCM ) представляет собой ДНК-геликазу, необходимую для репликации геномной ДНК. MCM эукариот состоит из шести генных продуктов, Mcm2-7, которые образуют гетерогексамер. Как критический белок для клеточного деления, MCM также является мишенью для различных путей контрольных точек, таких как контрольные точки входа в S-фазу и контрольных точек остановки в S-фазе. Как загрузка, так и активация геликазы MCM строго регулируются и связаны с циклами роста клеток. Нарушение регуляции функции MCM было связано с геномной нестабильностью и множеством карцином.
Гомология, разделяемая членами семейства белков Mcm2-7. Гомология среди шести членов семьи обозначена черным. Гомология каждого члена у разных видов обозначена цветом. Белки поддержания минихромосом были названы в честь генетического скрининга дрожжей на мутанты, дефектные в регуляции инициации репликации ДНК. Обоснование этого скрининга состоит в том, что если ориджины репликации регулируются аналогично промоторам транскрипции, где регуляторы транскрипции проявляют промоторную специфичность, то регуляторы репликации также должны проявлять ориджинную специфичность. Поскольку эукариотические хромосомы содержат множественные точки начала репликации, а плазмиды содержат только один, небольшой дефект в этих регуляторах будет иметь драматический эффект на репликацию плазмид, но мало влияет на хромосомы. В этом скрининге были идентифицированы мутанты, обусловленные потерей плазмиды. Во вторичном скрининге эти условные мутанты были отобраны по дефектам в поддержании плазмиды в отношении набора плазмид, каждая из которых несет различную исходную последовательность. Были идентифицированы два класса мутантов mcm: те, которые влияли на стабильность всех минихромосом, и другие, которые влияли на стабильность только подмножества минихромосом. Первые были мутантами, дефектными по сегрегации хромосом, такими как mcm16, mcm20 и mcm21. Среди последнего класса специфичных по происхождению мутантов были mcm1, mcm2, mcm3, mcm5 и mcm10. Позже другие идентифицировали Mcm4, Mcm6 и Mcm7 у дрожжей и других эукариот на основе гомологии с Mcm2p, Mcm3p и Mcm5p, расширив семейство MCM до шести, впоследствии известных как семейство Mcm2-7. У архей кольцо гетерогексамера заменено гомогексамером, состоящим из белка mcm одного типа, что указывает на историю дупликации и диверсификации генов.
Mcm1 и Mcm10 также прямо или косвенно участвуют в репликации ДНК. но не имеют гомологии последовательности с семейством Mcm2-7.
MCM2-7 требуется как для инициации репликации ДНК, так и для удлинения; его регуляция на каждой стадии - центральная особенность репликации эукариотической ДНК. Во время фазы G1 два расположенных «голова к голове» кольца Mcm2-7 служат каркасом для сборки двунаправленных комплексов инициации репликации в ориджине репликации. Во время S-фазы комплекс Mcm2-7 формирует каталитическое ядро геликазы Cdc45-MCM-GINS - механизма раскручивания ДНК реплисомы.
Выбор сайта для начала репликации осуществляется комплексом распознавания источника (ORC), комплексом из шести субъединиц (Orc1-6). Во время фазы G1 клеточного цикла Cdc6 рекрутируется ORC, чтобы сформировать стартовую площадку для загрузки двух гексамеров Mcm2-7 «голова к голове», также известной как пререпликация . комплекс (pre-RC). Существуют генетические и биохимические доказательства того, что рекрутирование двойного гексамера может включать один или два ORC. Растворимый гексамер Mcm2-7 образует гибкую левостороннюю структуру с открытыми кольцами, стабилизированную Cdt1 перед его загрузкой на хроматин, по одному за раз. Структура промежуточного звена ORC-Cdc6-Cdt1-MCM (OCCM), образованного после загрузки первого гептамера Cdt1-Mcm2-7, указывает на то, что домен крылатой спирали на С-концевых расширениях (CTE) комплекса Mcm2-7 прочно закрепляются на поверхностях, созданных кольцевой структурой ORC-Cdc6 вокруг исходной ДНК. Считается, что слияние двух гексамеров Mcm2-7 «голова к голове» облегчается удалением Cdt1, оставляя NTD двух гексамеров MCM гибкими для межкольцевых взаимодействий. Загрузка MCM2-7 на ДНК является активным процессом, который требует гидролиза АТФ как Orc1-6, так и Cdc6. Этот процесс получил название «лицензирование репликации», поскольку он является предпосылкой для инициации репликации ДНК в каждом цикле деления клетки.
В поздней G1 / ранней S фазе, пре-RC активируется для раскручивания ДНК циклин-зависимыми киназами (CDK) и DDK. Это облегчает загрузку дополнительных факторов репликации (например, Cdc45, MCM10, GINS и ДНК-полимеразы ) и раскручивание ДНК. в происхождении. После завершения образования пре-RC Orc1-6 и Cdc6 больше не требуются для удержания MCM2-7 в ориджине, и они незаменимы для последующей репликации ДНК.
При переходе в S-фазу активность CDK и Dbf4-зависимой киназы (DDK) Cdc7 способствует сборке репликационных вилок, вероятно, частично за счет активации MCM2-7 для раскрутки ДНК. После загрузки ДНК-полимеразы начинается двунаправленная репликация ДНК.
Во время S-фазы Cdc6 и Cdt1 деградируют или инактивируются, чтобы блокировать дополнительное образование пре-RC, и возникает двунаправленная репликация ДНК. Когда репликационная вилка встречает повреждения в ДНК, ответ контрольной точки S-фазы замедляет или останавливает прогрессию вилки и стабилизирует ассоциацию MCM2-7 с репликационной вилкой во время репарации ДНК.
Система лицензирования репликации гарантирует, что ни один из участков генома не реплицируется более одного раза в одном клеточном цикле.
Инактивация любой из как минимум пяти из шести субъединиц MCM во время S-фазы быстро блокирует продолжающееся удлинение. В качестве критического механизма для обеспечения только одного раунда репликации ДНК загрузка дополнительных комплексов MCM2-7 в пре-RC инактивируется избыточными средствами после перехода в S-фазу.
Активность MCM2-7 также можно регулировать во время удлинения. Нарушение целостности репликационной вилки, событие, вызванное повреждением ДНК, необычной последовательностью ДНК или недостаточным количеством предшественников дезоксирибонуклеотидов, может привести к образованию двухцепочечных разрывов ДНК и перестройкам хромосом. Обычно эти проблемы репликации запускают контрольную точку S-фазы, которая сводит к минимуму повреждение генома, блокируя дальнейшее удлинение и физически стабилизируя ассоциации белок-ДНК на вилке репликации, пока проблема не будет устранена. Эта стабилизация репликационной вилки требует физического взаимодействия MCM2-7 с Mrc1, Tof1 и Csm3 (комплекс M / T / C). В отсутствие этих белков раскручивание дцДНК и движение реплисом, приводимое в действие MCM2-7, продолжаются, но синтез ДНК останавливается. По крайней мере, часть этой остановки происходит из-за диссоциации полимеразы ε от репликационной вилки.
Каждая субъединица в структуре MCM содержит два больших N- и C-концевых домена. N-концевой домен состоит из трех небольших субдоменов и, по-видимому, используется в основном для структурной организации. N-домен может координироваться с C-концевым доменом AAA + геликазы соседней субъединицы через длинную и консервативную петлю. Эта консервативная петля, названная аллостерической контрольной петлей, как было показано, играет роль в регуляции взаимодействий между N- и C-концевыми областями, облегчая связь между доменами в ответ на гидролиз АТФ [10]. N-домен также устанавливает in vitro 3 '→ 5' направленность MCM.
Что касается физического механизма раскручивания ДНК гексамерной геликазой, были предложены две модели, основанные на данных in vivo и in vitro. В «стерической» модели геликаза плотно перемещается вдоль одной цепи ДНК, физически перемещая комплементарную цепь. В модели «насоса» пары гексамерных геликаз раскручивают дуплексную ДНК, либо скручивая ее, либо выдавливая ее через каналы в комплексе.
Стерическая модель предполагает, что геликаза окружает дцДНК и после локального плавления дуплексной ДНК в исходной точке перемещается прочь от источника, таща за собой жесткий белковый «клин» ( либо часть самой геликазы, либо другой связанный белок), который разделяет нити ДНК.
Модель насоса постулирует, что несколько геликаз загружаются в начале репликации, перемещаются друг от друга и каким-то образом в конечном итоге закрепиться на месте. Затем они вращают дцДНК в противоположных направлениях, что приводит к раскручиванию двойной спирали в промежуточной области. Также было предложено, чтобы модель помпы ограничивалась плавлением исходной ДНК, в то время как комплексы Mcm2-7 все еще закреплены в ориджине непосредственно перед инициацией репликации.
Различные MCMs было показано, что они способствуют пролиферации клеток in vitro и in vivo, особенно в некоторых типах линий раковых клеток. Связь между MCM и пролиферацией в линиях раковых клеток в основном объясняется его способностью усиливать репликацию ДНК. Роль MCM2 и MCM7 в пролиферации клеток была продемонстрирована в различных клеточных контекстах и даже в образцах человека.
Было показано, что MCM2 часто экспрессируется в пролиферирующих предраковых клетках легких. Его экспрессия была связана с клетками, имеющими более высокий потенциал пролиферации в недиспластическом плоском эпителии, злокачественных фиброзных гистиоцитомах и карциноме эндометрия, в то время как экспрессия MCM2 также коррелировала с более высоким митотическим индексом в образцах рака груди.
Аналогичным образом, многие исследования показали связь между экспрессией MCM7 и пролиферацией клеток. Экспрессия MCM7 значимо коррелировала с экспрессией Ki67 в хориокарциномах, раке легких, папиллярной уротелиальной неоплазии, раке пищевода и раке эндометрия. Его экспрессия также была связана с более высоким индексом пролиферации при интраэпителиальной неоплазии предстательной железы и раке.
