第4章染色体仅复制一次的保证课件.ppt

第四章：染色体复制且仅复制一次 染色体染色体DNADNA的复制以两个独的复制以两个独立的步骤发生：立的步骤发生： 复制起始位点的起始复制起始位点的起始 远离复制起始位点的延伸远离复制起始位点的延伸 一、复制起始位点在S期激活且仅激活一次一、复制起始位点在S期激活且仅激活一次 DNADNA复制是复制是全或无全或无的过程一旦的过程一旦DNADNA分子复制开始，它通分子复制开始，它通常进行直到完成如果不能这样的话，未完成复制的染色常进行直到完成如果不能这样的话，未完成复制的染色体可能在有丝分裂期被拉开而断裂体可能在有丝分裂期被拉开而断裂 一旦复制完成，同一细胞周期内一旦复制完成，同一细胞周期内不会再次发生不会再次发生复制这就复制这就避免了子细胞遗传到多余的任何避免了子细胞遗传到多余的任何DNADNA序列 这种一次且仅有一次的这种一次且仅有一次的DNADNA复制特性是通过将起始过程分成复制特性是通过将起始过程分成两个时间上不同的步骤而实现的两个时间上不同的步骤而实现的 有丝分裂末期以及有丝分裂末期以及有丝分裂末期以及有丝分裂末期以及G1G1早期早期早期早期：在起始位点装配：在起始位点装配前复制复合物前复制复合物，并做好启动的准备。

有时也称为并做好启动的准备有时也称为复制点许可复制点许可 在在在在S S期早期期早期期早期期早期：前复制复合物转型成为活化的：前复制复合物转型成为活化的前起始复合物前起始复合物，能，能够解开复制点，装载够解开复制点，装载DNADNA合成装置合成装置 一旦起始位点被激活，前复制复合物发生去装配，一旦起始位点被激活，前复制复合物发生去装配，其重新组其重新组装在下一个装在下一个G1G1期前始终被阻止因此，每个起始位点在每个期前始终被阻止因此，每个起始位点在每个细胞周期中使用一次，且仅仅一次细胞周期中使用一次，且仅仅一次一、复制起始位点在S期激活且仅激活一次原因？原因？ DNADNA合成起始两个步骤的时间由合成起始两个步骤的时间由细胞周期调控系统细胞周期调控系统控制控制 首先，前复制复合物的装配被首先，前复制复合物的装配被CdksCdks抑制，而被泛素蛋白连抑制，而被泛素蛋白连接酶接酶APCAPC激活因此，装配仅仅发生在有丝分裂后半段和激活因此，装配仅仅发生在有丝分裂后半段和G1G1早期，在此刻早期，在此刻CdkCdk活性低而活性低而APCAPC活性高 其次，在许可的起始位点进行其次，在许可的起始位点进行DNADNA合成的起始在合成的起始在S S期受到期受到S-S-CdksCdks的触发。

的触发一、复制起始位点在S期激活且仅激活一次二、复制点许可： pre-RC的装配 前复制复合物前复制复合物( (prereplicativeprereplicative complex, pre-RC): complex, pre-RC):大的蛋白大的蛋白复合物，包括复合物，包括 起始识别复合物起始识别复合物 McmMcm解旋酶：解旋酶：没有活性没有活性没有活性没有活性 复合物在有丝分裂复合物在有丝分裂晚期和晚期和G1G1期期在复制原点进行装配，在在复制原点进行装配，在S S期期开始时开始时在起始点被激活并启动在起始点被激活并启动DNADNA复制一、起始位点识别复合物（一、起始位点识别复合物（ORCORC）pre-RC装配的核心成员是起始位点识别复合物（ORC）在整个细胞周期结合于复制起始位点，但只有在有丝分裂晚期和G1早期发挥功能催化pre-RC的装配 二、复制点许可： pre-RC的装配 pre-RCpre-RC的装配开始于两个蛋白的装配开始于两个蛋白Cdc6Cdc6和和cdt1cdt1与结合的与结合的ORCORC的作用的作用 在在ORC-Cdc6-Cdt1ORC-Cdc6-Cdt1复合物在起始位复合物在起始位点形成后，它招募了另一群称为点形成后，它招募了另一群称为McmMcm复合物的蛋白。

复合物的蛋白 McmMcm复合物是一种复合物是一种解旋酶解旋酶，可在复，可在复制起始位点处解开制起始位点处解开DNADNA螺旋，然后螺旋，然后和其余的复制装置一起中沿着和其余的复制装置一起中沿着DNADNA移动，在复制叉处解开移动，在复制叉处解开DNADNA螺旋 二、复制点许可： pre-RC的装配Q:Q:控制发生在那个蛋白？控制发生在那个蛋白？控制发生在那个蛋白？控制发生在那个蛋白？三、 pre-RC的装配被局限在G1期原因？1、受到Cdk活性的抑制抑制抑制抑制：当S-Cdks在早S期被激活并触发DNA合成起始时，它们也促进了单个pre-RC成分的破坏或抑制，从而阻碍了pre-RC的立即装配 S-和M-Cdks即使在S期完成后，依然持续阻断pre-RC装配，确保装配不能再次发生，一直到有丝分裂晚期所有Cdk活性降低 三、 pre-RC的装配被局限在G1期 Cdc6Cdc6被被CdkCdk磷酸化磷酸化：磷酸化的：磷酸化的Cdc6Cdc6结合到泛素结合到泛素- -蛋白连接蛋白连接酶酶SCFSCFCdc4Cdc4，导致了，导致了Cdc6Cdc6的蛋白酶解的蛋白酶解 McmMcm的细胞质定位：的细胞质定位：CdkCdk依赖的磷酸化启动。

通过促进依赖的磷酸化启动通过促进McmMcm蛋白的核输出而非抑制其活性，蛋白的核输出而非抑制其活性，CdksCdks在在S S期阻碍了期阻碍了新新新新的的McmMcm复合物在起始位点的装配，复合物在起始位点的装配，但不影响已存在于但不影响已存在于DNADNA上的上的McmMcm复合物复合物 三、 pre-RC的装配被局限在G1期 Pre-RCPre-RC装配也受到装配也受到ORCORC亚单位磷酸化的抑制，亚单位磷酸化的抑制，但抑制的确切机制尚不但抑制的确切机制尚不清楚磷酸化也可能只清楚磷酸化也可能只是通过抑制是通过抑制ORCORC与与pre-pre-RCRC其他组分的结合而发其他组分的结合而发挥作用，而并非抑制其挥作用，而并非抑制其与与DNADNA的结合三、 pre-RC的装配被局限在G1期2、APC在多细胞真核生物中，泛素-蛋白连接酶APC能够通过破坏被称为geminin的装配抑制子而促进pre-RC的装配因此，APC在G1期晚期的灭活导致了pre-RC装配的抑制，而APC在有丝分裂晚期的激活又有助于促进pre-RC的装配动物细胞中一个重要的pre-RC装配抑制子是蛋白geminin，它结合于Cdt1并阻止其结合到ORC上。

APC能将geminin泛素化降解，使其在G1期保持低水平，允许pre-RC装配Geminin的破坏导致了Cdt1的释放，Cdt1从而能在pre-RC装配中发挥功能当APC在G1末期失活时，geminin的积累将Cdt1再次失去功能，geminin从S期到有丝分裂晚期一直结合Cdt1 pre-RC装配的装配只发生在G1期三、 pre-RC的装配被局限在G1期四、复制起始位点的激活复制起始位点的激活G1和G1/S-Cdk复合物：S-Cdk复合物的表达和激活激活复制起始位点：激活复制起始位点：周期蛋白周期蛋白E ES-Cdk复合物：整个S期，G2期和有丝分裂早期，S-周期蛋白水平保持高水平：抑制抑制复制起始位点：复制起始位点：周期蛋白周期蛋白A A四、复制起始位点的激活复制起始位点的激活S周期蛋白Clb5和Clb6主要负责DNA复制的起始：Clb6：早期启动 四、复制起始位点的激活复制起始位点的激活五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制 在某些染色体区域，核小体与其他蛋白紧密包装排列成高在某些染色体区域，核小体与其他蛋白紧密包装排列成高度有序的染色质结构，称为异染色质度有序的染色质结构，称为异染色质 端粒端粒DNADNA被特定的蛋白包装成紧密压缩的异染色质形式，被特定的蛋白包装成紧密压缩的异染色质形式，甚至可延伸至临近的染色体区域。

甚至可延伸至临近的染色体区域 阻断了潜在的与其他染色体末端的致死融合，阻断了潜在的与其他染色体末端的致死融合， 阻止了染色体末端触发的阻止了染色体末端触发的DNADNA损伤反应，这种反应损伤反应，这种反应通常由染色体断裂引起的双链通常由染色体断裂引起的双链DNADNA末端来诱导末端来诱导如果将通常在常染色质表达的酵母基因放置在临近端粒的异染色质区域，它的表达会受到此处紧密的染色质结构的抑制，这叫做基因沉默（基因沉默（gene silencing） 沉默的异染色质和临近的常染色质之间的边界通常在多次细胞分裂被遗传下来在一次分裂中，偶然边界移到新的位点，提示异染色质已经沿着染色体延伸或收缩这种新边界的定位也是可以遗传的，并且在该细胞的大部分后裔中得以保持因此异染色质结构是动态的结构是动态的，其边界并非由DNA序列决定，而是由表观遗传机制决定五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制芽殖酵母中，端粒异染色质的主要成分是Rap1蛋白，它能直接结合到端粒DNA序列上，沿着端粒长轴排列其他主要成分是沉默信息调节因子（Silent information regulator，Sir）蛋白这些蛋白中的三个（Sir2,3和4）形成三聚体复合物，与Rap1在端粒处相互作用，也沿着染色体的临近区域排列。

Sir为III型去乙酰化酶五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制当临近端粒的新合成的DNA掺入到新核小体中时，旧核小体上的Sir复合物能将新核小体去乙酰化，从而为Sir蛋白产生更多的结合位点一个Sir复合物与另一个结合的能力也在这个过程发挥作用，这可以促进Sir复合物沿着新DNA的协作多聚化 五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制因为该机制是基于蛋白之间存在的可逆相互作用，这就可以解释为什么异染色质边界有时会移位到新的稳定的部位边界处的一小部分Sir复合物可能会解离足够长的时间来允许局部组蛋白的乙酰化，因而以可遗传的方式缩短了异染色质的区域与之相似，某些细胞中临近区域过量的去甲基化也使得Sir复合物可以大量扩散，使异染色质延长 五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制存在一定的机制来限定Sir复合物在染色体上长度1.特定的染色质区域，称为异染色质障碍子或边界元件，含有能结合抑制局部核小体的装配的蛋白复合物的DNA2.芽殖酵母中，临近沉默染色质的高度转录区域含有组蛋白变体H2A.Z，它们能通过尚不清楚的机制来阻断Sir蛋白的局部扩散四、芽殖酵母中Sir蛋白在端粒处形成可遗传的聚合物尽管仅靠Sir蛋白的特性就为局部染色质结构的表观遗传模型提供了基础，然而已经清楚的是，端粒异染色质的确定首先是靠序列特异性结合的蛋白与DNA的结合。

Rap1 Rap1特异性地与端粒DNA序列结合然后招募Sir复合物，通过蛋白的相互作用而定位到端粒处大部分物种，着丝粒DNA序列似乎并不是着丝粒功能的重要决定因素如在有些人类细胞，可以形成一些并不包含传统着丝粒DNA的染色体片段，但是仍能够在有丝分裂中正确传递 五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制相比较而言，其他一些人类细胞中，由于染色体非正常融合的结果，形成一条带有两个着丝粒DNA区域的染色体这些非正常的染色体在有丝分裂中也能正常传递，显然是染色体上仅有一个着丝粒区域能够介导动粒装配 五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制异染色质区域存在修饰的组蛋白H3和H4这些修饰的组蛋白与能启动局部DNA包装成异染色质的蛋白质发生特异性地结合 DNA复制时，含有修饰的H3和H4的核小体平均分配到两条新DNA螺旋上，新的未修饰核小体在两条链之间进行装配五、端粒和着丝粒的异染色质结构的复制 旧核小体上的组蛋旧核小体上的组蛋白结合蛋白能招募白结合蛋白能招募可修饰新组蛋白的可修饰新组蛋白的组蛋白修饰酶，产组蛋白修饰酶，产生更多的异染色质生更多的异染色质蛋白结合位点蛋白结合位点 所以异染色质遗传所以异染色质遗传的机制主要依赖蛋的机制主要依赖蛋白的相互作用，而白的相互作用，而并非并非DNADNA序列。