DNA의 복제

Replication of DNA는 뉴클레오솜을 새롭게 합성하는 것으로 그 전에 뉴클레오솜이 손상이 되면 안되며, 만약 심근 세포나, 뉴런 세포에서 뉴클레오솜이 손상이 되면 해당 부분의 기억이 삭제된다

히스톤의 유전에서는 히스톤 H3, H4 4량체가 먼저 이동하고 Pool에 들어가지 않은 상태에서 기초를 형성하며, H2A, H2B 2량체는 Pool에 들어가 다른 H3, H4에 결합한다.

DNA 수준에서의 복제는 주형 결합체가 필요한 프라이머와 dNTP를 사용해 빠르고, 정확하게 template를 맞춘다.

Pol 3에서 DNA polymerase는 염화 마그네슘(MgCl2)로 DNA pol cofactor를 활성화시켜 뉴클레오티드 첨가 반응을 촉매하며 confusion 방지로 90도 회전한다.

프라이머 제작 시에, RCOOH와 HOR'이 에스터 결합을 가진 RCOOR'과 H2O로 앞 뒤로 에스터 결합을 가지고 있는 phosphodiester를 형성하게 된다.

만약 염기 서열이 잘못되어 있다면, proofreading을 통해 exonuclease로 잘못된 정보를 수선하게 된다.

DNA helicase는 피로인산 분해로 ATP를 사용하며 생명체마다 2개 ssDNA로 갈 수도, 안갈 수도 있으며, ~13A 크기라 ssDNA만 들어가게 된다.

이렇게 template로 프라이머를 통해 dsDNA가 제작되었다면, 이제 DNA에서 RNA 형태의 프라이머를 제거해야 한다.

이때, RNAse H가 다 제거하지 않고 exonuclease가 뒤처리를 하게 되는데, 이 이유는 RNAse H는 오직 결합만 자를 수 있기 때문에 프라이머와 DNA가 떨어져 있어서 되지 않는다.

따라서, 프라이머를 제거하고 RNAse를 제거한 후, Exonuclease를 제거하여 polymerase를 통해서 추가로 합성 후, nick을 DNA ligase가 처리하여 완벽한 template DNA로 하게 된다.

참고로, DNA의 복제에서의 원핵세포는 pol 3가 모두 처리하게 되지만, 인간 및 진핵세포는 3개를 가진다.

복제에서의 원핵세포와 진핵세포의 차이점으로 pol의 특성화가 차이나며, 복제에서는 진핵은 1번, 원핵은 무제한으로 이뤄지며 공통점으로 개시인자 단백질로 복제자를 인식하고 DNA helicase로 조립하여 ssDNA를 제공하고 프라이머로 합성과 시작을 하게 된다.

DNA pol 같은 경우 유전체를 효율적으로, 정확하게 복제하는 중심적 역할을 가진다.

e.coli 같은 경우, 5개의 DNA 중합효소가 있으며 DNA pol 3가 주효소로 큰 진행성을 요구하며 DNA pol 3 holoenzyme을 형성해 DNA 염색체 복제에 탁월한 역할을 기여하게 된다.

이는 DNA를 동시에 합성하는 모델로써, trombone 모델로 효소와 헬리케이스가 붙어 복제 속도를 높이게 된다.

pol 3 cor로 염색체를 복제하며, 클램프 장전용으로 protein 3개가 달려 있고 leading 에서 1개, lagging에서 2개가 달려 있다.

sliding clamp는 DNA가 떠나가지 않게 방지해주며 효소와 헬리케이스가 같이 있으므로 빠른 속도로 복제하게 된다.

e.coli는 DNA Helicase-DNA pol 3 holoenzyme이 상호 작용하여 이를 통해 replisome으로 복제 분기점에서의 단백질 조합을 이루게 된다.

개시 인자(Initiator)로는 transcription factor가 존재하는데 ATP와 결합하여 가수분해를 통해 2개의 수소결합을 이뤄 약한 A&T로 이뤄진 replicator sequence를 따고 시작한다.

진핵세포에서는 ORC로 복제 개시점에서 서열-특이적 결합에 ATP를 사용해 G1기에 DNA helicase를 장착하며 S기에서 이뤄지며 완료가 안되면 잘라버려 중단한다.

CDK로 대른 개시 protein을 인산화해 primer 합성을 시작하고, DDK로 헬리케이스 인산화로 활성화를 높여 primer 합성을 시작하게 된다.

Linear chromore는 말단에서 지연가닥 합성이 불가능한데(End replication problem), 마지막 okazaki 조각이 불완전하게 복제 DNA를 형성하기 때문에 잘려진다.

이를 복구하기 위해서 priming protein으로 -OH기를 확인하여 priming protein이 결합된 chromosome을 생성하거나, telomere 중합효소가 연장시키는 말단의 불필요한 telomere가 잘려 중요 DNA가 손상되지 않게 하기도 한다.

telomere에서 leading 에서는 ssDNA로 3'end에 잔류하게 되는데, telomere가 Aging이나, 항노화에서 각광받는 것으로 telomre inhibitor가 길이조절함으로 Rif 1, Rif 2, Rap 1이 telomere activity를 낮춰 노화를 촉진하는 것을 확인할 수 있다.

추가로 박테리아의 경우 선형 DNA에서는 telomere가 필요없다는 것도 알아두면 좋을 것이다.