نقش SeqA در آغاز همانندسازی در پروکاریوت ها (مقاله تخصصی)

چکیده:
همانندسازی DNA در پروکاریوت ها از ناحیه ی ویژه ای به نام ناحیه ی آغازی یا ori شروع میشود. شناسایی ناحیه آغازی توسط آنزیم ها و فاکتورهای همانندسازی در پروکاریوت ها بر عهده ی پروتئین DnaA است . قبل از همانندسازی آدنین های هر دو رشته در GATC متیله میشوند. SeqA جزئی از مدار تنظیم منفی است که مانع متیلاسیون مجدد مبداها میشود. دومین C – ترمینال در SeqA نقش مهمی در اتصال به DNA دارد. 

 

مقدمه :
در پروکاریوت ها یک مبدا همانندسازی وجود دارد و همانندسازی دو جهته در انها صورت میگیرد ولی در یوکاریوت ها چندین رپلیکون وجود دارد. جدا شدن دو رشته ی DNA در مبدا همانندسازی نیاز به انرژی دارد که از ATP حاصل از واکنش کاتالیزوری آنزیم توپوایزومرازII و هیدرولیز ATP توسط DnaB فراهم میشود. تترامر DnaA مبدا را شناسایی کرده و در مرز میان مرحله ی تقسیم و سنتز ساخته میشود و نیم عمر آن حدود 10-15 دقیقه است. همانندسازی DNA در پروکاریوت ها از ناحیه ی ویژه ای به نام ناحیه ی آغازی یا ori شروع میشود.شناسایی ناحیه آغازی توسط آنزیم ها و فاکتورهای همانندسازی در پروکاریوت ها بر عهده ی پروتئین DnaA است که پروتئینی تترامر بوده و به 4 ناحیه 9 مری R1 R2 R3 R4 اتصال میابد.

حدود 30 تا 40 پروتئین DnaA به این نواحی 9 مری متصل شده و DNA به صورت چپگرد حول این توده ی پروتئینی میچرخد و سوپر هلیکس منفی ایجاد میشود. از چرخش DNA فشاری به ناحیه 13 نوکلئوتیدی مجاور (3 ناحیه 13 مری) وارد می اید که باعث باز شدن دو رشته میشود. (ناحیه 13 مری غنی از بازهای AT میباشد). مطالعات نشان میدهند باز شدن دو رشته ی DNA در نواحی 13 نوکلئوتیدی به وسیله پروتئین DnaA با هیدرولیز ATP همراه است ATP. یک عامل تنظیمی در این مرحله است.

دراثر اتصال DnaA و باز شدن DNA پروتئین های DnaB که دارای خاصیت هلیکازی هستند دو رشته را کاملا از یک دیگر جدا می کنند. P.S.S.B ها به DNA تک رشته ای می چسبند به این ترتیب از تشکیل مجدد دو رشته ی DNA یا تشکیل لوپ سنجاق سری جلوگیری میکنند. SSBP را پروتئین ناپایدار کننده ی مارپیچ نیز مینامند. سپس پریماز به همراه پروتئین های همراه اضافه شده و دو قطعه کوچک از RNA (پرایمر) رابه طول 15-10نوکلئوتید می سازند. دو آنزیم DNA پلیمرازIII به همراه پروتئین rep به پرایموزوم اضافه شده و همانند سازی آغاز می شود. DNA پلیمراز III آنزیم اصلی در پروکاریوت هاست و دارای خاصیت پلیمرازی و اگزونوکلئازی است. پروتئین rep سرعت هلیکازی بالایی داردو نقشی شبیه DnaB دارد و دو رشته را از یکدیگر جدا می کند. چون DNA باکتریها حلقوی است تنها دو دوراهی همانند سازی ایجاد می شود. DNA پلی مراز های III به کمک RNAهای اولیه سنتز DNA را با سرعتی حدود 1000 نوکلئوتید بر ثانیه شروع می کندبرای اینکار حضور یون Mg لازم است . جفت باز هابر اساس قانون چارگف متصل می شوند انرژی لازم برای تشکیل رشته پلیمری DNA توسط پیروفسفات ها تامین می شود.
هر دو رشته DNA بصورت یکسان همانند سازی انجام نمی شودیکی از رشته به نام رشته رهبر یا رشته پیشرو بصورت متوالی صورت می گیرد زیرا رشته جدید در جهت 5—>3 ساخته می شود ولی در رشته دیگر به نام رشته پیرو DNA بصورت قطعات جدا از یکدیگر به نام قطعات اوکازاکی ساخته می شوند. طول هر قطعه اوکازاکی در باکتری 1000 نوکلئوتید می باشد این قطعات پس از سنتز توسط لیگاز ها به یکدیگر متصل می شوند. عمل ویرایش DNA توسط زیر واحد€ پلی مراز III صورت می گیردکه به کمک خاصیت اگزونوکلئازی خود آخرین نوکلئوتید اضافه شده اشتباه را از رشته جدا می کند.

متیلاسیون GATC :

متیلاسیون DNA به وسیله آنزیم Dam methyl transfrase یک سیگنال اپی ژنتیکی را فراهم میکند که پروسه های فیزیولوژیکی زیادی مانند همانندسازی کروموزوم , mismatch repair , ترانسپوزیشن , رونویسی را در سلول باکتری تنظیم میکند. آنزیم Dam گروه متیل را از S -adenosyl-L-methionine یا SAM میگیرد و به مکان N6 آدنین در GATC انتقال می دهد. OriC تعداد 11 تکرار از توالی متیله شونده دارد که در موقعیت N6 آدنین توسط دم متیلاز متیله می شوند. قبل از همانندسازی آدنین های هر دو رشته متیله میشوند. با همانند سازی بازهای طبیعی وارد رشته های دختری شده و DNA نیمه متیله ایجاد میشود که یکی از رشته های آن متیله شده و دیگری غیر متیله است. بنابراین همانندسازی سبب تبدیل DNA ی کاملا متیله به حالت نیمه متیله میشود.

SeqA :
SeqA جزئی از مدار تنظیم منفی است که مانع متیلاسیون مجدد مبداها میشود. SeqA به DNA ی نیمه متیله شده قوی تر از DNA ی کامل متیله شده متصل میشود. هنگامی که DNA نیمه متیله شد SeqA شروع به متصل شدن میکند و پس از آن حضور مداومش مانع تشکیل کمپلکس باز در مبدا میشود. آنزیم Dam با دو پروتئین MutH و SeqA برای مکان های همی متیله شده رقابت میکند.
MutH برای خارج کردن خطاهای همانندسازی و SeqA برای آماده سازی کروموزوم سوپر کویل شده برای نوکلئوتیدهاست. مطالعات نشان داده اند که غشاء سلولی میتواند به OriC همی متیله متصل شود ولی به کامل متیله شده یا متیله نشده نمیتواند متصل شود. وقتی مبدا در غشاء جداسازی می شود این مبدا از شروع همانندسازی مجدد از دسترس خارج می شود و از آنزیم Damمتیلاز محافظت می شود. مبدا جدا می ماند تا شرایط داخل سلول برای شروع مهیا شود.
قبل از شروع همانندسازی DNA سایت های Dam متیلاز به طور کامل متیله میشوند. بلافاصله به دنبال همانندسازی رشته تازه ساخته شده غیر متیله است و در نتیجه مبدا همی متیله در غشاء دولایه به وسیله SeqA جداسازی میشود. این مکان در دسترس ATP-DnaA قرار نمیگیرد. بعد از حدود یک سوم از چرخه ی سلولی مبدا جداسازی شده رها میشود و به وسیله ی Dam متیلاز متیله می شود. در این نقطه از چرخه سلولی , سطح ATP-DnaA برای کاتالیز دور جدید همانندسازی کافی نمیباشد. بدین ترتیب جداسازی به عنوان یک مکانیسم برای جلوگیری از آغاز ثانویه عمل میکند.

توپوایزومراز IV برای دکاتناسیون و جداسازی کروموزوم همانندسازی شده در تقسیم سلولی مورد نیاز است. همچنین همراه جیراز سوپرکویل مثبت جلوی چنگال همانندسازی را برطرف میکند.نشان داده شده است که SeqA برای ترویج فعالیت توپوایزومراز IV مورد نیاز است. علاوه بر این SeqA به عنوان یک تنظیم کننده ی رونویسی در باکتریوفاژ PR عمل میکند.

ساختار SeqA :
SeqA دارای دو دومین N ترمینال و C ترمینال است. دومین N -ترمینال دارای 2 آلفا هلیکس و 1 رشته بتا است که وجود این رشته برای مولتیمریزاسیون حیاتی است. دومین C-ترمینال نقش مهمی در اتصال به DNA دارد. این دومین به توالی GATC همی متیله یا کامل متیله شده در OriC متصل میشود.ساختمان C ترمینال از 7 آلفاهلیکس و 3 رشته ی بتا تشکیل شده است.

References:

http://www.intechopen.com/books/the-mechanisms-of-dna-replication/roles-of-methylation-and-sequestration-in-the-mechanisms-of-dna-replication-in-some-members-of-the-e

Gene IX

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22373925