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。複数の線状染色体は、細胞分裂の前に高い忠実度で複製する必要があるため、複製プロセスで特殊な役割を果たすタンパク質はたくさんあります。複製は、開始、伸長、終了の3つのフェーズで発生し、核内の2つの完全な染色体セットで終了します。

多くのタンパク質は、起源で複製を調整します

真核生物の複製は、原核生物のDNA複製と同じ原理の多くに従いますが、ゲノムがはるかに大きく、染色体が環状ではなく直線的であるため、このプロセスにはより多くのタンパク質が必要であり、いくつかの重要な違いがあります。まず、原核生物とは異なり、真核生物の複製は、各染色体に沿った複数の複製起点で同時に発生します。開始者タンパク質は、これらの起源を認識して結合し、ヘリカーゼタンパク質を動員してDNA二重らせんをほどきます。各起点では、2 つのレプリケーション フォークが形成されます。次に、プライマーゼはDNAの一本鎖に短いRNAプライマーを付加し、DNAポリメラーゼが結合して配列のコピーを開始するための出発点として機能します。DNAは5'から3'の方向にしか合成できないため、1つの複製フォークから両方の鎖の複製は2つの異なる方向に進行します。リーディングストランドは連続的に合成されますが、ラギングストランドは岡崎フラグメントと呼ばれる100〜200塩基対の短いストレッチで合成されます。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ポリメラーゼがギャップを埋め、DNAリガーゼが新しい鎖のギャップを塞

ぎます。

ポリメラーゼ間での複製の働きの分割

真核生物のDNAコピーの作業負荷は、複数の異なるタイプのDNAポリメラーゼ酵素に分けられます。すべての生物におけるDNAポリメラーゼの主要なファミリーは、それら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。最初に発見された家族はA、B、C、Xと呼ばれ、家族YとDは後に特定されました。真核生物のファミリーB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と、テンプレートの先頭鎖と遅行鎖でDNA複製のほとんどの働きを行う酵素であるPol δとεが含まれます。他のDNAポリメラーゼは、DNA損傷の修復、ミトコンドリアDNAと色素体DNAのコピー、RNAプライマーが除去された後の遅延鎖のDNA配列のギャップを埋めるなどのタスクを担当します。

テロメアは染色体の末端を分解から保護します

真核生物の染色体は線状であるため、末端で分解されやすいです。重要な遺伝情報を損傷から保護するために、染色体の末端には、高度に保存されたGリッチDNA(テロメア)の非コードリピートが多数含まれています。染色体の両端にある短い一本鎖の3'オーバーハングは、特殊なタンパク質と相互作用し、核内の染色体を安定化させます。遅れている鎖が合成される方法のため、細胞分裂のたびに少量のテロメアDNAを複製することはできません。その結果、テロメアは多くの細胞周期の過程で徐々に短くなるため、細胞老化のマーカーとして測定することができます。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、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を可能にします。