概要

真核細胞では、DNA複製は高度に保存され、厳密に制御されています。複数の直線状の染色体は、細胞分裂の前に高い忠実度で複製されなければならないため、複製過程で特殊な役割を果たすタンパク質が多数存在します。複製は、開始、伸長、終了の3段階で行われ、最後には核内に2本の完全な染色体ができあがります。

多くのタンパク質が複製開始点での複製を制御します

真核生物の複製は、原核生物のDNA複製と同じ原理で行われますが、ゲノムがはるかに大きく、染色体も円形ではなく直線状であるため、より多くのタンパク質を必要とし、いくつか重要な違いがあります。複製は、各染色体に沿った複数の複製起点で同時に行われます。開始タンパク質が複製起点を認識して結合し、ヘリカーゼを呼び寄せてDNAの二重らせんを解きほぐします。各起点では、2つの複製フォークが形成されます。プライマーゼは、DNAポリメラーゼが結合して塩基配列のコピーを開始するための起点となる短いRNAプライマーを、DNAの一本鎖上につくります。DNAは5＆rsquo;から3＆rsquo;の方向にしか合成できないので、1つの複製フォークからの両鎖の複製は2つの異なる方向に進みます。リーディング鎖は連続的に合成されますが、ラギング鎖は岡崎フラグメントと呼ばれる100～200塩基対の長さの短い部分に分けて合成されます。複製の大部分が完了すると、RNase酵素がRNAプライマーを除去し、DNAリガーゼが新しい鎖のギャップを結合します。

ポリメラーゼによる複製作業の分担

真核生物のDNAをコピーする作業は、複数の異なるタイプのDNAポリメラーゼで分担して行われます。すべての生物のDNAポリメラーゼの主要なファミリーは、そのタンパク質構造とアミノ酸配列の類似性によって分類されます。最初に発見されたファミリーは、A、B、C、Xと呼ばれ、その後、Y、Dファミリーが発見されました。真核生物のファミリーBのポリメラーゼには、複製フォークでプライマーゼとしても機能するPol αや、鋳型のリーディング鎖とラギング鎖でそれぞれDNA複製の大部分の作業を行う酵素であるPol δと εがあります。その他のDNAポリメラーゼは、DNA損傷の修復、ミトコンドリアやプラスチドのDNAのコピー、RNAプライマーが除去された後の後続鎖のDNA配列のギャップを埋めるなどの仕事を担当しています。

テロメアは、染色体の末端を劣化から守ります

真核生物の染色体は直線状であるため、末端が劣化しやすくなっています。重要な遺伝情報を損傷から守るために、染色体の末端にはテロメアと呼ばれる、高度に保存されたG-rich DNAのノンコーディングな反復配列が多数存在します。染色体の両端にある短い一本鎖の3’側の突出しは、特殊なタンパク質と相互作用し、核内で染色体を安定させます。ラギング鎖の合成方法のせいで、細胞分裂のたびに少量のテロメアDNAが複製されることはないです。その結果、細胞周期を経る毎にテロメアは徐々に短くなるため、細胞老化のマーカーとして測定できます。生殖細胞や幹細胞などの特定の細胞集団は、テロメアを長くする酵素であるテロメラーゼを発現しており、テロメアが短くなる前に細胞がより多くの細胞周期を経ることができます。