DNA複製と修復
細胞が分裂する前に、そのゲノム全体を驚くべき精度で複製し、修復システムのネットワークが、継承される配列を損なう可能性のある損傷やエラーを継続的に修正します。
Definition
DNA複製とは、各親鎖が新しい相補鎖の鋳型となるゲノムの半保存的複製であり、DNA修復とは、損傷と複製エラーを検出および修正する酵素経路のセットです。
Scope
このトピックでは、半保存的複製とメセルソン・スタール実験、リーディング鎖とラギング鎖および岡崎フラグメントを伴う複製フォーク、DNAポリメラーゼ、ヘリカーゼ、プライマーゼ、リガーゼの役割、校正と合成の忠実度、ならびにミスマッチ修復、塩基除去修復、ヌクレオチド除去修復、二本鎖切断修復を含む主要な修復経路について扱います。配列がどのように複製され保存されるかについて説明し、これらのシステムにもかかわらず配列がどのように変化するかについては、変異の項目で扱います。
Core questions
- メセルソン・スタール実験は、複製が半保存的であることをどのように示したのでしょうか？
- 複製フォークの2つの鎖は、なぜ異なる方法で合成されなければならないのでしょうか？
- 校正とミスマッチ修復は、ゲノムの非常に低いエラー率をどのように達成しているのでしょうか？
- どの修復経路が、どのような種類のDNA損傷を処理するのでしょうか？
Key concepts
- 半保存的複製とメセルソン・スタール実験
- 複製フォーク、リーディング鎖とラギング鎖、岡崎フラグメント
- DNAポリメラーゼ、ヘリカーゼ、プライマーゼ、リガーゼ
- 校正と複製忠実度
- ミスマッチ修復、除去修復、二本鎖切断修復
Mechanisms
ヘリカーゼが二本鎖をほどき、プライマーゼがRNAプライマーを配置し、DNAポリメラーゼが新しい鎖を5'末端から3'末端へと伸長させます。リーディング鎖では連続的に、ラギング鎖では岡崎フラグメントとして合成され、後にリガーゼによって連結されます。ポリメラーゼの校正機能と複製後のミスマッチ修復、および化学的損傷や紫外線損傷に対する除去経路が相まって、変異率を極めて低く保っています。
Clinical relevance
DNA修復の欠陥は、遺伝性疾患やがん素因を引き起こします。例えば、ヌクレオチド除去修復の欠陥による色素性乾皮症や、ミスマッチ修復の欠陥によるリンチ症候群などがあります。一方、複製酵素は、実験室でのDNA増幅の基盤となっています。
History
メセルソンとスタールは1958年に密度標識DNAを用いて半保存的複製を確認し、コーンバーグは最初のDNAポリメラーゼを単離しました。1960年代後半に発見された岡崎フラグメントは、ラギング鎖がどのように作られるかを解明しました。修復経路は、その後の数十年にわたり、細菌遺伝学とヒト遺伝学を通じて段階的に解明されていきました。
Key figures
- Matthew Meselson
- Franklin Stahl
- Arthur Kornberg
- Reiji Okazaki
Related topics
Seminal works
- meselsonStahl1958
Frequently asked questions
- 岡崎フラグメントとは何ですか？
- これらは、ラギング鎖上で不連続に合成される短いDNA断片です。この鎖は、フォークの移動方向とは逆方向にしか合成できないためです。DNAリガーゼと呼ばれる酵素が、後にこれらを連続した鎖に連結します。
- 細胞はどのようにして複製を非常に正確に保っているのですか？
- DNAポリメラーゼは合成中に校正を行い、ミスマッチしたヌクレオチドを除去します。また、別のミスマッチ修復システムが、その後新しく作られたDNAをスキャンし、これらが相まってエラー率を約10億塩基に1つの間違いという低さに抑えています。