진핵생물에서의 세포주기 복제 조절작용

진핵생물에서의 세포주기 복제 조절작용

진핵생물 복제 조절작용

진핵생물에서의 복제는 그 복잡함의 정도가 너무 커서 복제과정을 연구하기 어렵습니다. 원핵생물의 복제과정만큼 폭넓게 알려져 있지 않기 때문입니다. 진핵생물의 복제는 세 가지 기본적인 면에서 더 복잡합니다. 즉, 여러 개의 복제개시점이 있고, 복제시점이 세포분열 시점에 맞추어 조절되어야 하며, 더 많은 종류의 단백질과 효소들이 관여되어 있습니다.

 

사람의 세포에서는 수십억 개의 DNA 염기쌍들이 세포주기당 오직 한 번만 복제되어야 합니다. 세포성장과 분열은 M, G1, S, G2 기로 나뉩니다. DNA 복제는 S기에 속한 몇 시간 동안만 일어나고, DNA가 세포주기당 한 번만 복제되었다는 것을 확인하는 경로가 존재합니다. 진핵생물의 염색체는 복제자라고도 불리는 여러 개의 복제개시점에서 복제를 시작함으로써 DNA를 합성합니다. 복제개시점은 보통 유전자 염기서열 간에 존재하는 특수한 DNA 서열입니다. 평균적으로 사람의 염색체는 수백 개의 복제자를 가지고 있을 수 있습니다. 복제가 진행되는 지역을 레플리콘이라 부르는데, 이 레플리콘의 크기는 종마다 다양합니다.

 

DNA 복제 회로 모델

세포주기

진핵생물 복제의 조절에 대한 모델 중 가장 잘 알려져 있는 것이 효모세포에서 유래한 모델입니다. G1기에 도달한 세포의 염색체만이 DNA 복제를 개시할 수 있는 반응성이 있습니다. 많은 단백질들이 복제의 조절과 그 복제 조절을 세포주기와 연결시키는 데 관여되어 있습니다. 보통 이 단백질들은 부르기 쉽게 약자로 나타내지만, 초심자들이 처음 볼 때는 이해하기가 더 어렵습니다. 

관련된 첫 번째 단백질들은 G1기의 초기와 후기 사이에 발생하는 한정된 시간대 동안에 볼 수 있습니다. 복제개시점 인식 복합체에 의해 복제가 개시됩니다. 이 단백질 복합체는 세포지기 내내 DNA와 결합되어 있는 것 같으며, 복제 조절에 도움이 되는 몇 가지 단백질들의 부착 부위로 작용합니다. 

그 다음에 결합하는 단백질은 복제 활성인자 단백질이라고 불리는 활성인자입니다. 활성인자 단백질이 결합한 후에는 복제 허가인자들이 결합할 수 있습니다. 효모에는 적어도 여섯 가지 다른 RLF들이 존재합니다. 이 단백질들이 이런 이름을 얻게 된 것은, 이들이 결합하기 전에는 복제가 진행될 수 없기 때문입니다. 일부 RLF 단백질들이 세포질에서 발견된다는 사실은 복제를 세포분열과 연결시키는 열쇠 중의 하나입니다. RLF가 결합한 다음에야 DNA가 복제될 수 있습니다. DNA, ORC, RAP, RLF들이 조합되면 과학자들이 복제 전 복합체라고 부르는 것이 구성이 됩니다.

 

그 다음 단계에는 다른 단백질들과 단백질 인산화효소들이 관여되어 있습니다. 표적 단백질들을 인산화시키는 단백질 인산화효소에 의해서 많은 대사과정들이 조절됩니다. 생화학 분야에서 위대한 발견들 중 하나가 사이클린의 존재를 확인한 것입니다. 사이클린은 세포주기의 어느 한 기에서 합성되고 다른 기에서 분해되는 단백질입니다. 사이클린은 사이클린-의존성 단백질 인산화효소라고 불리는 특이적인 단백질 인산화효소와 결합할 수 있습니다. 이 사이클린이 CDK와 결합하면, 이들은 DNA 복제를 활성화시킬 수 있으며, 복제가 개시된 후 복제 전 복합체가 재조립되는 것을 막을 수도 있습니다. 

 

CDK와 사이클린의 활성 상태는 DNA 합성의 적절한 시간대를 결정합니다. 사이클린-CDK 복합체는 RAP, RLF들 상의 여러 부위, ORC 자체 등을 인산화시킵니다. 일단 인산화되면, RAP가 RLF들처럼 복제전 복합체에서 해리되어 떨어져 나옵니다. 따라서 사이클린-CDK가 활성화되면 DNA 복제가 개시되도록 하면서 또한 또 다른 복제 전 복합체의 형성을 방지하는 작용을 합니다. G2기에서는 DNA가 복제됩니다. 유사분열이 일어나는 동안 DNA는 딸세포로 분리됩니다. 그와 동시에 핵막이 용해됨으로써 세포질에서 합성된 복제 허가 인자들이 핵 내로 들어올 수 있게 되고, 이로써 각각의 딸세포들이 새로운 복제 회로를 개시할 수 있게 됩니다.

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌