Особливості еукаріотичної системи реплікації

Загальні принципи й механізми реплікації є спільними для про- та еукаріотів, розрізняючись у деталях.

• Еукаріотична реплікативна вилка містить дві ДНК-полімерази, процесивність яких забезпечується циркулярним обручем, що ковзає. Різниця лише в тому, що обруч (PCNA – Proliferating Cell Nuclear Antigene) складається з трьох субодиниць. Крім забезпечення процесивності ДНК-полімерази, PCNA взаємодіє ще з багатьма білками, залученими до виконання різноманітних функцій при реплікації.

• Одна з полімераз веде синтез лідуючого ланцюга, інша синтезує фрагменти Оказакі довжиною 200-400 пар основ. РНК-праймер на початку кожного фрагмента Оказакі видаляється специфічною нуклеазою. Прогалина потім заповнюється ДНК-полімеразами, одноланцюговий розрив зашивається лігазою.

• Основним структурним модулем реплісоми є мультибілковий комплекс RF-C (Replication Factor C), що виконує функції, аналогічні до бактеріального τ-білка та γ-комплексу.

• Вважається, що основною реплікативною геліказою еукаріотів є моногексамерний білок МСМ (MiniChromosome Maintenance). Одноланцюговий стан ДНК у реплікативній вилці підтримується білками RPA (Replication Protein A – аналог білків SSB).

Еукаріотичні днк-полімерази

П'ять основних типів еукаріотичних ДНК-полімераз прийнято позначати грецькими літерами.

Полімераза α складається з чотирьох субодиниць: одна виконує структурну роль, друга має ДНК-полімеразну активність, ще дві субодиниці відповідають за активність РНК-полімеразну. Відповідно, полімераза α виконує роль праймази: саме вона синтезує короткий РНК-праймер (6-10 нуклеотидів), який далі подовжує як ДНК (ще 20–30 нуклеотидів). Полімераза α характеризується низькою процесивністю і, на відміну від інших ДНК-полімераз, не має екзонуклеазної активності.

Полімераза β – мономерний білок, основна роль якого полягає у заповненні однонуклеотидних прогалин при ексцизійній репарації основ (див. нижче).

Полімераза γ – реплікативна ДНК-полімераза мітохондрій. Складається з двох субодиниць, крім ДНК-полімеразної має обидві (3'- та 5'-) екзонуклеазні активності.

Полімерази δ та ε – основні реплікативні ДНК-полімерази еукаріотів. Складаються з чотирьох (ε) або 3-5 у різних видів (δ) субодиниць. Обидві полімерази можуть працювати у реплікативній вилці (у комплексі з PCNA та RF-C) на обох ланцюгах (лідуючому та тому, що запізнюється). Функціональна різниця між двома полімеразами не з'ясована остаточно. Вважається, що полімераза δ є суто ДНК-синтезуючою машиною, тоді як полімераза ε використовується також як “сенсор“ пошкоджень ДНК, сприяючи активації репараційних процесів. Крім реплікативного синтезу ДНК, полімерази δ та ε здійснюють заповненння довгих багатонуклеотидних прогалин як при з'єднанні сусідніх фрагментів Оказакі, так і при репараційних процесах (див. нижче).

Крім названих вище ДНК-полімераз, які відносять до групи полімераз високої точності синтезу, в еукаріотичних клітинах працює ще досить велика кількість ДНК-полімераз низької точності (ζ, η, ι, κ). Їх основна функція полягає в тому, щоб забезпечити синтез ДНК у випадку пошкодження матриці: зустрічаючи пошкодження, реплікативна машинерія високої точності (яка включає полімерази δ чи ε) зупиняється. Полімерази низької точності дозволяють долати пошкодження, які пізніше можуть бути виправлені шляхом репарації, і знов замінюються на полімерази δ/ε, що продовжують високоточний синтез ДНК.

Крім того, описано ще кілька ДНК-полімераз в еукаріотичних клітинах: полімераза θ імовірно відіграє роль у репарації міжланцюгових зшивок ДНК, λ є гомологічною до полімерази β і ймовірно залучена до репарації під час мейозу, μ імовірно приймає участь у рекомбінації імуноглобулінових генів (розділ 10).