Replikacja genomu jest kluczowym i niezbędnym procesem dla ciągłości życia. U wszystkich organizmów rozpoczyna się w określonym regionie genomu znanym jako miejsce pochodzenia replikacji (Ori). miejsce pochodzenia replikacji (Ori). Liczba miejsc Ori różni się u prokariotów i eukariotów. i eukariontów. Replikacja rozpoczyna się w pojedynczym miejscu Ori u bakterii, ale u eukariontów eukariontów wiele miejsc Ori jest wykorzystywanych do szybkiego kopiowania we wszystkich chromosomach. Sytuacja staje się złożona w archeonach, gdzie niektóre grupy mają pojedyncze i inne mają wiele miejsc replikacji. Themococcales, są hipertermofilny rząd archeonów. Są to beztlenowce i heterotrofy - fermentatory peptydowe fermentatory, reduktory siarczanów, metanogeny to tylko niektóre z przykładów typów metabolicznych. typy metaboliczne. W tym artykule zastosowaliśmy kombinację wielu podejść in in silico - krzywej Z, lokalizacji genu cyklu podziału komórki (cdc6) oraz lokalizacji konsensusowych sekwencji ORB (ang. origin recognition box) dla lokalizacji miejsca pochodzenia replikacji u Thermococcus onnurineus, Thermococcus gammatolerans i innych Themococcales oraz innych Themococcales i porównał wyniki z dobrze udokumentowanym przypadkiem Pyrococcus abyssi. Motywacją stojącą za tym badaniem jest znalezienie liczby miejsc Ori w oparciu o dostępne dane dotyczące członków tego rzędu. Wyniki analizy in silico pokazują, że Themococcales mają pojedyncze źródło replikacji. replikacji. --- Do niedawna jedynym archeonem, u którego w dobrej wierze zidentyfikowano źródło replikacji był Pyrococcus abyssi. było Pyrococcus abyssi, gdzie zidentyfikowano pojedyncze pochodzenie. Chociaż kilka analiz in silico sugerowało, że niektóre gatunki archeonów mogą zawierać więcej niż jedno źródło, zostało to wykazane dopiero niedawno. Dwa badania wykazały, że wiele źródeł replikacji funkcjonuje w dwóch gatunków archeonów. W jednym z badań zidentyfikowano dwa źródła replikacji u w archeonie Sulfolobus solfataricus, podczas gdy w drugim badaniu zastosowano inną technikę technikę, aby wykazać, że zarówno S. solfataricus, jak i Sulfolobus acidocaldarius mają trzy funkcjonalne pochodzenie. Są to pierwsze doniesienia o archeonach mających wiele pochodzenie. Odkrycie to ma implikacje dla badań nad mechanizmami replikacji DNA i ewolucji. replikacji DNA i ewolucji. --- Precyzyjna replikacja DNA ma kluczowe znaczenie dla utrzymania integralności genetycznej we wszystkich organizmach. wszystkich organizmach. We wszystkich trzech domenach życia replikacja DNA rozpoczyna się w wyspecjalizowanym locus, zwanym wyspecjalizowanym locus, określanym jako początek replikacji, oriC lub ORI, a jego identyfikacja identyfikacja jest niezbędna do zrozumienia złożonego procesu replikacji. U u bakterii i eukariontów replikacja rozpoczyna się odpowiednio od pojedynczego i wielu genów, podczas gdy archeony mogą przyjąć jeden z dwóch trybów. Metoda krzywej Z została z powodzeniem wykorzystana do identyfikacji miejsc inicjacji replikacji w genomach różnych gatunków, w tym wielu oriC w niektórych archeonach. W oparciu o metodę krzywej Z i analizie genomiki porównawczej, opracowaliśmy system internetowy, Ori-Finder, do znajdowania oriCs w genomach bakterii z wysoką dokładnością. Przewidywane regiony oriC w genomach bakterii są zorganizowane w internetowej bazie danych DoriC. Ostatnio regiony oriC archeonów zidentyfikowane zarówno metodami in vivo, jak i in silico zostały również włączone do bazy danych. Tutaj podsumowujemy ostatnie postępy przewidywania in silico oriC w genomach bakterii i archeonów przy użyciu metody opartej na krzywej Z. metody opartej na krzywej Z. --- Replikacja DNA inicjuje się w określonych miejscach zwanych początkami, które służą jako miejsca wiązania białek inicjujących, które rekrutują maszynerię replikacyjną. Początki różnią się liczbą i strukturą w trzech domenach życia, a ich właściwości determinują dynamikę replikacji chromosomów. a ich właściwości określają dynamikę replikacji chromosomów. Bakterie i bakterie i niektóre archeony replikują się z pojedynczych genów, podczas gdy większość archeonów i wszystkie eukarionty replikują się przy użyciu wielu źródeł. Mechanizmy inicjacji, które opierają się na rekombinacji homologicznej działają u niektórych wirusów. Tutaj pokazujemy, że takie mechanizmy działają również u archeonów. Wykorzystujemy głębokie sekwencjonowanie do badania replikacji w Haloferax volcanii i identyfikujemy cztery chromosomalne źródła różnej aktywności. aktywności. Usunięcie poszczególnych genów skutkuje zaburzoną dynamiką replikacji i zmniejszonym wzrostem. dynamikę replikacji i zmniejszony wzrost. Jednak szczep pozbawiony wszystkich genów nie ma widocznych defektów i rośnie znacznie szybciej niż typ dziki. Komórki bez genów komórki inicjują replikację w rozproszonych miejscach, a nie w dyskretnych genach i mają bezwzględne zapotrzebowanie na rekombinazę RadA, w przeciwieństwie do szczepów w przeciwieństwie do szczepów pozbawionych indywidualnych genów. Nasze wyniki pokazują, że rekombinacja homologiczna rekombinacja może skutecznie zainicjować replikację całego genomu komórkowego. całego genomu komórkowego. Rodzi to pytanie o cel, jakiemu służą geny replikacyjne i dlaczego ewoluowały. służą i dlaczego wyewoluowały. --- Replikacja DNA jest jednym z najbardziej podstawowych procesów we wszystkich trzech domenach życia komórkowego. komórkowych. Wraz z nadejściem ery postgenomicznej, rosnąca liczba kompletnych genomów archeonów kompletnych genomów archeonów stworzyła okazję do zbadania mechanizmów molekularnych inicjujących replikację DNA komórkowego poprzez eksperymenty in vivo eksperymenty in vivo, a także analizę in silico. Jednak lokalizacja źródeł replikacji (oriCs) w wielu sekwencjonowanych genomach archeonów pozostaje nieznana. Przedstawiamy narzędzie internetowe Ori-Finder 2 do przewidywania oriCs w genomach archeonów automatycznie, w oparciu o zintegrowaną metodę obejmującą analizę asymetrii składu zasad z wykorzystaniem metody krzywej Z, rozkładu pól rozpoznawania pochodzenia zidentyfikowanych przez narzędzie FIMO oraz występowanie genów często w pobliżu oriCs. Serwer internetowy jest również w stanie analizować nieanotowanych sekwencji genomu poprzez integrację z potokami przewidywania genów i oprogramowaniem BLAST do identyfikacji genów i adnotacji funkcji. Wynik przewidywanych oriCs jest wyświetlany jako tabela HTML, która oferuje intuicyjny sposób intuicyjny sposób przeglądania wyników w formie graficznej i tabelarycznej. Przedstawione tutaj oprogramowanie jest dokładne dla genomów z pojedynczym oriC, ale niekoniecznie znajduje niekoniecznie znajduje wszystkie miejsca replikacji dla genomów z wieloma oriC. Ori-Finder 2 ma na celu stać się użyteczną platformą do identyfikacji i analizy oriC w genomach archeonów. w genomach archeonów, co zapewni wgląd w mechanizmy replikacji u archeonów. mechanizmy replikacji u archeonów. Serwer internetowy jest dostępny bezpłatnie pod adresem http://tubic.tju.edu.cn/Ori-Finder2/. --- Chromosomy eukariotyczne posiadają wiele źródeł replikacji, podczas gdy chromosomy bakteryjne są replikowane z jednego źródła. Archeon Pyrococcus abyssi również wydaje się mieć pojedyncze pochodzenie, co sugeruje wspólną zasadę dla prokariotów. Jednak w obecnej pracy opisujemy identyfikację dwa aktywne źródła replikacji w pojedynczym chromosomie hipertermofilnego archeona Sulfolobus solfataricus. Ponadto identyfikujemy konserwatywne motywy sekwencyjne w obrębie początków, które są rozpoznawane przez rodzinę Sulfolobus, które są homologiczne do eukariotycznych białek inicjatorowych białek inicjatorowych Orc1 i Cdc6. Wykazaliśmy, że dwa początki są rozpoznawane przez różne podzbiory tych homologów Orc1/Cdc6. Dane te, w połączeniu z analizą analiza poziomów trzech białek Orc1/Cdc6 w różnych fazach wzrostu i etapach cyklu komórkowego i etapach cyklu komórkowego, prowadzą nas do zaproponowania modelu roli tych białek w modulowaniu aktywności pochodzenia. białek w modulowaniu aktywności pochodzenia. --- Inicjacja replikacji DNA, która rozpoczyna się w określonym miejscu chromosomu (znanym jako Początki replikacji), jest kluczowym etapem regulacyjnym replikacji chromosomów. Archaea, trzecia domena życia, używają pojedynczego lub wielu genów do replikacji swoich kolistych chromosomów. Podstawowa struktura replikacji jest zachowana wśród archeonów, zazwyczaj obejmując bogaty w AT region odwijania otoczony kilkoma konserwatywnymi powtórzeniami (origin recognition box, ORB), które znajdują się w sąsiedztwie genu inicjującego replikację. Zarówno sekwencja ORB jak i sąsiadujący gen inicjujący są znacznie zróżnicowane wśród różnych źródeł replikacji, podczas gdy analizy in silico i genetyczne wykazały specyficzność między genami inicjującymi i ich genami poznawczymi. Te pary replikator-inicjator przypominają system oriC-dnaA w bakteriach bakterii, a model negatywnej regulacji aktywności pochodzenia przez w dół klastra elementów ORB został niedawno zaproponowany w haloarchaea. Co więcej, porównawcze analizy genomiczne ujawniły, że mozaiki par replikator-inicjator mozaiki par replikator-inicjator w chromosomach archeonów powstały w wyniku integracji elementów pozachromosomalnych. Niniejszy przegląd podsumowuje badania w zrozumieniu pochodzenia replikacji archeonów, ze szczególnym uwzględnieniem na wykorzystaniu, kontroli i ewolucji wielu genów replikacyjnych u haloarchaea.
Czy wszystkie archeony posiadają wiele źródeł replikacji DNA?
Pochodzenia replikacji DNA różnią się liczbą i strukturą w trzech domenach życia, a ich właściwości determinują dynamikę replikacji chromosomów. Chociaż większość archeonów replikuje swoje chromosomy przy użyciu wielu źródeł, istnieją również pewne archeony, które posiadają pojedyncze źródło replikacji DNA (takie jak Pyrococcus abyssi i niektóre archeony należące do hipertermofilnego rzędu Themococcales).