Репликация по типу катящегося кольца

Репликация по типу катящегося кольца (раскручивающегося рулона) (англ. Rolling circle replication) — процесс однонаправленной репликации нуклеиновой кислоты, в ходе которого быстро синтезируются множественные копии кольцевых молекул ДНК или РНК, например, плазмид, геномов бактериофагов и кольцевых РНК вироидов. Некоторые вирусы эукариот также подвергают свой геном репликации по такому механизму.

Репликация кольцевой ДНК

Схема репликации по типу катящегося кольца

Репликация ДНК по типу катящегося кольца инициируется специальным белком-ферментом, кодируемым ДНК плазмиды или бактериофага, который разрывает одну из цепей двунитевой кольцевой молекулы в сайте DSO (англ. double-strand origin). Инициаторный белок связывается с 5'-фосфатным концом разорванной цепи, а свободная 3'-OH группа служит праймером для синтеза ДНК ДНК-полимеразой III. Используя неразорванную цепь как шаблон, репликации подвергается вся кольцевая молекула ДНК, замещая разорванную цепь, представляющую одноцепочечную ДНК. Замещение разорванной цепи осуществляется кодируемой реципиентом хеликазой PcrA в присутствии кодируемого плазмидой фактора инициации репликации.

Продолжительный синтез ДНК приводит к образованию множества одноцепочечных линейных копий исходной ДНК в виде продолжительных последовательностей ДНК, называемых конкатемерами. Линейные копии могут перейти в двуцепочечную кольцевую молекулу посредством следующего процесса.

Сначала инициаторный белок производит другой разрыв, терминируя тем самым синтез другой (лидирующей) цепи. Затем РНК-полимераза и ДНК-полимераза III реплицируют одноцепочечную SSO-ДНК (англ. single-stranded origin), формируя новое двуцепочечное кольцо. После этого ДНК-полимераза I заменяет праймер на ДНК, а ДНК-лигаза сшивает концы, образуя тем самым окончательную двуцепочечную ДНК.

Репликация по типу катящегося кольца нашла широкое применение как в академических исследованиях, так и в биотехнологии, и этот механизм был успешно использован для амплификации ДНК из очень небольших количеств ДНК исходного образца.

Вирусология

Некоторые вирусы реплицируют свою ДНК в хозяйской клетке посредством репликации по типу катящегося кольца. Например, вирус герпеса человека 6 типа (HHV-6) экспрессирует серию «ранних генов», которые, как полагают, вовлечены в этот процесс^[1]. Образующиеся в ходе такой репликации длинные конкатемеры разделяются рибозимами между регионами pac-1 и pac-2 HHV-6 в процессе формирования отдельных вирионов^[2].

Примечания

↑ Arbuckle, Jesse. The molecular biology of human herpesvirus-6 latency and telomere integration (англ.) // Microbes and infection : journal. — Vol. 13, no. 8—9. — doi:10.1016/j.micinf.2011.03.006. — PMID 21458587. — PMC 3130849.
↑ Cloning human herpes virus 6A genome into bacterial artificial chromosomes and study of DNA replication intermediates (англ.) : journal.

Ссылки

DNA replication systems used with small circular DNA molecules Genomes 2, T. Brown et al., at NCBI Books
MicrobiologyBytes: Viroids and Virusoids

[1] Arbuckle, Jesse. The molecular biology of human herpesvirus-6 latency and telomere integration (англ.) // Microbes and infection : journal. — Vol. 13, no. 8—9. — doi:10.1016/j.micinf.2011.03.006. — PMID 21458587. — PMC 3130849.

[2] Cloning human herpes virus 6A genome into bacterial artificial chromosomes and study of DNA replication intermediates (англ.) : journal.

[1]

[2]