ORCに相当するイニシエーター-DNA複合体は、調べられた限りすべての真核生物に共通する[70]。約80塩基対のこの配列は、容易に分解するようAとTに富む[70]。DUEは酵母における複製開始点であり、複製開始と伸長に関わるMCMタンパク質複合体が結合する。真核生物の染色体上には複製起点が多数存在するが、全て細胞周期一回あたり一度しか複製が開始しないように調節されており、これを複製のライセンシングと呼ぶ。複製のライセンシングが破綻すると、ゲノムの一部が一度の細胞周期に2度複製される、また逆に複製されないなどの問題が生じる。ライセシングの過程はG1期(S期の前)からS期にかけて起こる。Complex:ORC。オークと読む)が結合することが複製開始の引き金である。ここで注目すべき、原核生物にはないライセシングの特徴は、レプリケーターとイニシエーターの結合が複製起点の点火と別である点である。pre-RCはORC複合体を前身とし、4種類のタンパク質から構築される。ORCの結合から2種類のヘリカーゼ装着タンパク質(Cdc6とCdt1)が引き寄せられる[71][72]。ORCと装着タンパク質が協力して複製フォークヘリカーゼを呼び、pre-RCは完成。このヘリカーゼはMcm2から7の6つのタンパク質による複合体[72]だが、これはdsDNAを囲むだけであり、巻き戻しやDNAポリメラーゼの導入には直接結びつかない[71]。G1期に生じたpre-RCは次のS期で複製の出発点となる。伸長段階はS期に入って2種類のキナーゼがpre-RCを活性化してから開始される。S期に入ると活性化し、pre-RCやほかの複製タンパク質をリン酸化する。するとさらに多くのタンパク質が複製起点に集まり、伸長段階へ移行する。これには3種類のDNAポリメラーゼとその補助因子が含まれ、ポリメラーゼ類は決まった順序で結合する。α/プライマーゼである[71]。実際に伸長が始まるのはDNAポリメラーゼαが結合してからで、その前にδとεが来ることで複製に関わる全てのDNAポリメラーゼを伸長前に確実にそろえることができる。集合したタンパク質のうち、DNAポリメラーゼやその招集に関わった因子の多く、Mcm複合体は複製装置として複製フォークに留まる。Cdc6やCdt1といったその他の因子は伸長段階が始まるころには解離したり破壊されたりする。複製開始を概観してきたが、ライセシングの正体は以下に述べる調節機構である。これまで述べたように、真核生物の複製はその前にpre-RCの形成とCdkの活性化を必要とする。Cdkは既存のpre-RCの活性化のほかに実は新たなpre-RCの形成を阻害する働きも持つ[71]。ORC複合体にほかの成分が結合することを防ぐ。Cdkの活性化レベルはG1期に低く、それ以外の細胞周期上の時期には高い<watson241>。したがって、pre-RCが形成される機会はG1期にしかない。同様に、pre-RCの活性化が起き得るのも直後のS期しかない。Mcm複合体の制御もライセシングの一端であると予想されている。Mcm複合体はDNA複製が進行すると共にゲノムDNAから順次剥がれてゆき、次のM期の終わりになるまでARSに結合しない。この説を支持する証拠の一つとして、Geminin(S期にMCM複合体が複製起点に結合しないように制御しているタンパク質の1つ)の発現を抑制するとゲノムDNAの一部の複製が重複する事が報告されている[要出典]。ARSには早期に複製が開始されるものとS期の後半に複製が開始されるものとにわかれる。出芽酵母をモデルとした研究からは細胞周期のチェックポイントをつかさどるタンパク質群は、DNA障害などの異常を検知すると、後半に複製が開始されるARSからの複製開始反応をとめることで、DNA修復が終了するまで複製反応が起こるまでの時間稼ぎをおこなうことが知られている。場合、伸長段階にかかわる酵素のいくつかは巨大な複合体(複製工場)を形成するものの、すべての酵素が複製フォークに集まるわけではないらしい。真正細菌のようにリーディング鎖とラギング鎖のDNAポリメラーゼはつながっていない。真核生物のDNAポリメラーゼは真正細菌と比べて種類が多く、また娘DNAの合成に直接かかわるDNAポリメラーゼの種類は複数存在することが確認されている。DNAポリメラーゼαはDNAプライマーゼのサブユニットを含んでおりプライマーの合成を行う。DNAポリメラーゼδはリーディング鎖の、DNAポリメラーゼεはラギング鎖の複製を行う。Aが安定化させている[72]。PCNAは、デオキシヌクレオチドの付加反応の連続反応性がより大きいDNAポリメラーゼδを誘導し、そこから先はδが本格的に複製を進める。PCNAがDNAからDNAポリメラーゼαを除去してDNAポリメラーゼδをDNAに結合させることをポリメラーゼ交代という[72]。bpの間隔で合成されることが知られており、伸長反応の開始にPCNAは其の間隔でDNAに付加されると考えられている[73]。DNAポリメラーゼδが隣接岡崎フラグメントまで伸長反応を完了させると、岡崎フラグメントの除去(岡崎フラグメントのプロセシング)され、PCNAはElg1複合体によりDNAから解離する。DNAに結合したPCNAはSUMO化(SUMOylation)されることが知られており、未修飾およびSUMO化されたPCNAの両方を標的とする。SUMO化されたPCNAに好んで結合し、よりよく標的とする。vitroにおいてPCNA解離活性が現れたため、Elg1複合体の活性はヌクレオチドにおいて発揮されることがわかっている[73]。出芽酵母の細胞においてElg1複合体非存在下でもPCNAは最終的にクロマチンから除去されるため、代替としてPCNAを除去する機構が存在することが示唆されている。Rfc2~5を含み、Rfc1の代わりにそれぞれElg1、Rad24、またはCtf18を持つ。Rad24複合体は、PCNA様複合体9-1-1をDNA損傷部位に誘導する働きがあるとされている。vivoにおける主な機能ではないことが知られており、正しい機能は明らかとなっていない[75]。#ニックトランスレーションにおけるプライマー除去は真正細菌と異なる過程を経る。プライマー除去には5’→3’のエキソヌクレアーゼが必要だが、真正細菌と異なり真核生物でそれを担うのはDNAポリメラーゼではない。1、以前はMF1と呼ばれていた)である[49]。これは岡崎フラグメントの3‘末端でDNAポリメラーゼδ複合体に結合し、その隣接プライマーを分解する。分解活性はプライマー5’最末端部のリボヌクレオチドにある三リン酸基により阻害される。これを真核生物がどのように乗り越えるかはまだはっきりと判明していない。実際のプライマー除去機構には様々な仮説が考えられている。その一つは、プライマーの大部分はFEN1ではなくRNアーゼHによって除去されるというものである[49]。RNアーゼHはRNA間のホスホジエステル結合を切断できるが、RNA-DNAのそれはできないという特徴を持つ。そのため、少なくともDNAと隣接する最後のプライマーRNAは残ってしまうはずである。ここで、ホスホジエステル結合切断から生じた5‘末端は三リン酸ではなく一リン酸基なので除去作業はFEN1が引き継ぐ。RNアーゼを持たない細胞でもラギング鎖複製が行われることが確認された[49]。)をDNAポリメラーゼδが隣の岡崎フラグメントから伸長して補う[76]。フラップはFEN1が切断する。転写されたRNAが親鎖の一方(H鎖)における一部のDNA領域と二重らせんを形成する。一方(L鎖)は弛緩状態である。この図ではDNA-DNA間の二重らせんを省略している。植物の葉緑体などの細胞小器官(オルガネラ)にある小さな環状DNAでは、置き換え型複製と呼ばれる特殊なDNA複製が観察される[77][78]。strand)の複製起点に相補的なRNAを合成する。strand)は一本鎖の状態になる。この、3本のDNAが現れた領域をエンドヌクレアーゼが認識してRNAを切断し、プライマーとする[78]。ここから娘鎖の伸長は始まり、H鎖の塩基対の相手がL鎖からRNAへと置き換わっていく。tRNAのDループとは関係ない)と呼ぶ。L鎖は独自にプライマーを付加され、遅れて複製される。哺乳類のミトコンドリアDNAの場合、Dループの拡大がH鎖の3分の2まで進んだ時に、L鎖の複製は始まる[78]。L鎖の複製起点が一本鎖となり、露出するためである。H鎖の複製が完了するとL鎖が完全に外れて追い出される。この時点ではL鎖の複製は3分の1までだが、遅れながらも完了する[78]。merolaeがモデル生物としてよく用いられている。活性化し、これが核の複製を開始させることが明らかとなっている[79]。この知見はオルガネラの複製開始をCDKAの活性化につなげるシグナル伝達の存在を示唆する。このような、オルガネラから核へのシグナル伝達をレトログレードシグナルという。Mg-プロトポルフィリンIXのレトログレードシグナルはタバコの培養細胞BY-2においても確認されているため、このシグナルは高等植物一般である可能性がある。細胞内濃度を増大させる。サイクリン1がCDKAと結合すると、CDKAを活性化させる。S期以外の細胞周期においてサイクリン1はポリユビキチン化され、ポリユビキチン化したタンパク質を標的とするプロテオソームによりサイクリン1が分解されている。サイクリン1のポリユビキチン化を行う酵素(ユビキチンリガーゼ)はSCF複合体であるとされている。1、Fボックスタンパク質から構成され、標的の認識はFボックスタンパク質が行う。merolaeにおける典型的なFボックスタンパク質はFbx1~4の4種類があるが、サイクリン1を認識するFボックスタンパク質はFbx3である。Mg-プロトポルフィリンIXはFbx3との結合能を有しており、Mg-プロトポルフィリンIXがFbx3と結合することによりサイクリン1の結合を競合阻害すると考えられている[80]。古細菌のDNA複製については全貌が明らかになっていない。知見の多くは、真正細菌か真核生物の複製に関わるDNA配列やタンパク質と相同な古細菌のそれから推測されている。複製起点が断定された[12]。古細菌のDNA複製は真核生物寄りの複製機構を基本に、真正細菌的な要素が一部混合するようである。古細菌の伸長段階で働くタンパク質の多くは、真核生物の当該タンパク質のアミノ酸配列にも遺伝子にもよく類似している。RFCやPCNは相同タンパク質が存在する[12]。メタン生成古細菌の3種を除いて、現在までに配列決定されたすべての古細菌ゲノムは、少なくとも、Orc1とCdc6の両方に相同性を有する遺伝子を1つ含んでいる[81]。古細菌のDNAポリメラーゼは、デオキシヌクレオチドを合成するサブユニットが真核生物のDNAポリメラーゼδのそれと類似性を示す[12]。DNA複製中に行われる校正修復を担うタンパク質は、大腸菌のDNAポリメラーゼIIIのεサブユニットと相同であるとされる[12]。ウイルスのDNA複製編集DNAウイルスの多くは、宿主のDNA複製にかかわるタンパク質を使って複製する。ヘルペスウイルス科、アデノウイルス科、パポバウイルス科、パルボウイルス科などのDNAウイルスは核内でDNAを複製するが、天然痘ウイルスを代表とするポックスウイルス科では細胞質で複製をする鎖置換編集ウイルスの中には線状ゲノムを末端から複製するという珍しい例が存在する。代表的なのはアデノウイルスとφ29ファージにおける鎖置換である[82]。両3'末端からそれぞれ一本の娘鎖が合成されるが、これは同時期ではない。一度の複製フォーク出発に1つのDNAポリメラーゼしか伴わず、別時期のリーディング鎖合成が2回行われる。ほかの生物ならラギング鎖が合成されるだろう5'→3'の親鎖は複製が進み、遊離してもssDNAのまま放置。複製が反対側の末端に到達すると、完全に塩基対が置き換えられた親ssDNAは遊離する。このssDNAも独自に複製されるが、そのためには短くとも3'末端に塩基対が作られ、複製起点が二重らせんであることが必要である。鎖置換を複製機構とするいくつかのウイルスは、それぞれの5'末端に末端タンパク質が共有結合している[82]。アデノウイルスではセリンがホスホジエステル結合でつながっている。末端タンパク質には、プライマーとなるヌクレオチドのシチジンを持つことと、DNAポリメラーゼと会合するという2つの役割がある[82]。このことから次のモデルが考えられている。末端タンパク質とDNAポリメラーゼが複合体を形成し、これがDNA末端に結合するというものである。シチジンから娘が伸長されるのだろう。この共有結合は複製後も取り残されると考えられており、実際アデノウイルスの5’末端に前回使用されたままのセリンが観察される。これは次の複製開始まで放置され、複製のときに新しい末端タンパク質と置き換わる。bpの間に陣取る[82]。結合に不可欠である[82]。bpの間で形成される[82]。左は二重らせんで開始に当たりニックが空けられている。本項ではこのタイプについて解説する。右は一本鎖でプライマーが置かれている。鎖からどんどん出ていく。下はローリングサークル型複製が十分に進行したDNAである。複製起点、すなわちテールの根元に到達するとテールは新しいゲノムとして切り出される。一部の環状DNAはローリングサークル型複製と呼ばれる特殊な機構で複製される[83]。一般的に、1本鎖環状DNAをゲノムとするファージが行う[84]。大腸菌ファージφX174の場合を紹介する。複製が開始されたとき、DNAは二重らせんとなる。複製型のうち、もともとのゲノムを(+)鎖、新しく合成された方を(-)鎖に呼び分ける[83][84]。(+)鎖の複製起点にニック(切れ目)を入れる。この後、Aタンパク質はニックの5'末端に残る。このように、dsDNAにニックを入れ、生じた5‘末端に結合する酵素をリラクセーズ(弛緩酵素、relaxase)と呼ぶ[84]。ニックの3’末端は(+)鎖伸長のためのプライマーとなり、(-)鎖を鋳型として新たな娘ssDNAが合成されていく。それに追い出されるように、対岸の5’末端側は伸長に連れてどんどん(-)鎖から離れる(この(+)鎖のssDNAをテールと呼ぶ)。娘鎖の伸長は一周して複製起点に到達する。このとき、娘鎖は親鎖と同じ長さ、すなわち(+)鎖全体がテールとなるが、テール末端のAタンパク質は再び複製起点を認識して(+)鎖を娘鎖から切り離す。実はAタンパク質は5'末端と同時に3'末端にも連結しており、複製フォークが複製起点を過ぎるころ、すなわちちょうど一周した時にはAタンパク質も複製起点近くに存在する。(-)鎖からも離れ、遊離した(+)鎖は環状となり、ゲノムDNAは複製される。娘鎖と(-)鎖の二本鎖はその後も複製型DNAとして使い回され、同じ方法で複製は続いて(+)鎖のコピーが多数生成される。ローリングサークル型複製の名前は、娘鎖の伸長の際に二本鎖部分が反時計回りに回転し、(+)鎖が引き出されているように見えることから名づけられた。この様子は、まるでトイレットペーパーのロールが床に転がってほどけるようである。ギリシャ文字のσにも似ており、ローリングサークル型複製はσ型複製とも呼ばれる。次にλファージの場合を紹介する。λファージはローリングサークル型複製を二本鎖DNAの複製に利用する。DNA複製の初期段階では、θ型の複製(前項#複製の機構で解説されている通常の方式に則った、環状DNAの複製)により環状DNAのコピーがいくつか生じる。ここで作られる環状DNAをλファージは頭部に取り込むことができない。そこで、これらを鋳型にしてローリングサークル型複製を行い、直鎖DNAが作られる[83]。このときのローリングサークル型複製は半不連続的である。鋳型の環状DNAから直接複製されたDNAはリーディング鎖として連続的に伸長し、鋳型の数倍の長さにまでなる[83]。そのリーディング鎖を鋳型に、ラギング鎖としてさらにDNA断片が合成されていく。コンカテマーは1ゲノム分に切り出され、二本鎖の娘鎖がファージ頭部に導入される。1/(10)^{9}}程度の確率で合成ミスが生じる。その結果、DNAの塩基置換が起こり、突然変異が起こる。このような複製ミスによる突然変異のほかに、紫外線や化学物質によってDNAが損傷し、突然変異が生じることがある。DNAはデオキシヌクレオチドが、RNAはリボヌクレオチドが重合した高分子である。各種には「相補的な」と形容される特別な関係にある塩基を一つ持つ。相補的な塩基の一組は特異的に結合し、ほかの塩基とは結合しない。dsDNAは相補的な塩基配列の組み合わせで成り立つ。SSBは主に次の2つの様式でDNAと結合する。DNA塩基との積み重ね相互作用。塩基とはほとんど水素結合を作らない。大腸菌のヘリカーゼはDnaBだけではなく、最新データ(2007年現在)では11種類あるとされる。これは、巻き戻しはDNA複製の時だけでなく、転写、組み換え、DNA修復といった様々な過程に必要であるためである。独立して存在することも、染色体に組み込まれることもできるプラスミド。いずれの状態でも大腸菌のそれは接合において個体間を移動する。供与菌のF因子がプラスミド型の場合、それを移し、F-はF+へと変わる。組み込まれている場合、染色体の一部または全てが伝達される。2014年7月5日閲覧。2014年7月2日閲覧。2008、pp775^。2014年7月2日閲覧。カテナン発生のメカニズムについては「まだよくわかっていない機構」と表記。2014年7月3日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月2日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月2日閲覧。2014年7月2日閲覧。2014年7月2日閲覧。2014年7月2日閲覧。2014年7月3日閲覧。2014年7月3日閲覧。『遺伝子第8版』、p336ウィキメディア・コモンズには、DNA複製に関連するカテゴリがあります。3.0のもとで利用可能です。プライバシーデスクトップ。