Opérations mitochondriales d'organisme et de réplication d'ADN

À la différence de l'ADN nucléaire, l'ADN mitochondrial (ADNmt) est circulaire en nature et est dispensé en tant que nucleoids mitochondriaux consistés en les composés d'ADN-protéine qui sont distribués dans la modification. Il est également hérité maternellement et plusieurs centaines aux milliers de copies soyez présent selon la cellule.

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L'ADN mitochondrial code 13 sous-unités des composés de la phosphorylation oxydante (OXPHOS), 2 RNAs ribosomique (ARNr) et 22 du transfert RNAs (ARNt). Ceux-ci sont traduits par l'intermédiaire du système de traduction de mitochondrie-détail. Quatre des cinq composés d'OXPHOS dépendent de la synthèse des 13 sous-unités mitochondrially-codées ; les 77 sous-unités demeurantes, avec les protéines essentielles variées, sont codées par ADN nucléaire. Ce total plus de 1000 et sont transportés dans les mitochondries après traduction dans le cytoplasme.

Comment l'ADNmt est-il dispensé ?

L'ADN mitochondrial est compact en structure et manque type du terrain communal de régions de non-codage (introns) à l'ADN nucléaire. Ceci signifie qu'il a une densité relativement élevée de gène proportionnée aux lacunes minimales entre les gènes ; l'exception à cette configuration générale est la région principale de non-codage d'approximativement 1 kilobase située entre l'ARNtPhe et les gènesPro d'ARNt.

l'ARNm produit par ADN mitochondrial est proportionnellement surreprésenté dans tout le ARNm cellulaire, comportant 30% de tout le teneur.

L'ADN mitochondrial est extrèmement important comme, sans elle, la production d'énergie dans une cellule vient à un arrêt. En conséquence, sa maintenance est essentielle. Ce n'est aucune surprise, pour cette raison, que des mutations et la réduction du numéro de copie d'ADN mitochondrial sont associées à plusieurs maladies humaines qui affectent le système nerveux, le coeur, et le cerveau. Ceci résulte du fonctionnement nui du système de la phosphorylation oxydante (OXPHOS) qui est employé pour produire l'ATP, la monnaie d'énergie de la cellule.

La réplication de l'ADN mitochondriale est un procédé de goujon-mitotique qui se produit durant toute la vie de l'organisme. Comme cité précédemment, l'ADN mitochondrial est dispensé en nucleoids contenant les protéines variées responsables de sa maintenance. Le plus important de ces derniers est TFAM, un facteur mitochondrial A de transcription et membre du groupe de haut-mobilité (HMG) de protéines, discerné par la présence de deux cadres de HMG. TFAM condense l'ADN en induisant la courbure et l'emballage dans les structures nucleoid compactes.

Une caractéristique notable d'ADN mitochondrial mammifère est la présence d'une région de non-codage, qui triple-est échouée en structure. On le nomme 7S ADN et forme ce qui est appelé une D-boucle dans laquelle les deux boucles du dsDNA sont déplacées et séparées par une troisième boucle qui est base-complémentaire à une des monocaténaires. Ses rôles sont spéculés pour être dans l'organisme d'ADN et le fonctionnement dans la réplication

Toutes les protéines impliquées dans la réplication de l'ADN doivent être importées dans les mitochondries suivant leur synthèse dans le cytosol. Intéressant, une gamme des protéines sont impliquée ; ceux qui fonctionnent dans les compartiments cytosoliques et mitochondriaux, certains qui sont les isoforms spécialisés.

Enzymes de polymérase impliquées dans la réplication d'ADN mitochondrial

Plusieurs polymérases sont exigées pour reproduire l'ADNmt, mais la seule polymérase actuelle dans les mitochondries est γ de Pol. Cette enzyme est responsable de la réplication et du réglage. La structure du composé de γ de Pol est heterotrimeric et consistée en les sous-unités nucléaire-codées POLG1 ou A et POLG2 ou B

POLG1 possède le ′ 5 - polymérase de 3 ′ et ′ 3 - activité d'exonucléase de 5 ′. Ce dernier s'entretient POLG1 avec de haute fidélité qui est plus grand environ de 100 fois que cela des polymérases nucléaires.

PolG1 a une activité de lyase de dRP de 5 ′ qui est essentielle pour son rôle dans la réparation de l'ADN ; il est directement utilisé pendant le réglage de base d'excision. POLG2 négocie le grippement de haut-affinité du holoenzyme à l'ADN et du processivity de γ de Pol dû à sa structure. POLG2 étend l'empreinte de pas de `', ou est de l'ADN protégé contre la crise endonucleolytic de la DNase I, du γ de Pol de 10 à 25 paires de bases de  .

La présence de POLG2 diminue la capacité de correction sur épreuves du γ de Pol due à sa capacité faible de négocier le transfert de la matrice ADN dans le site endonucleolytic - une action exigée pour le démontage incorrect de paire de bases. D'autres composantes qui aident le γ de Pol comprennent le scintillement de hélicase de mitochondries et le MtSSB (SSBP1), une protéine ADN-grippante monocatenaire.

Un bref aperçu de réplication d'ADN mitochondrial

La réplication de l'ADN mitochondriale est commencée à l'origine pour la réplication de l'ADN de H-boucle (o)H et à l'origine pour la réplication de l'ADN de L-boucle (o)L. Pendant la phase d'amorçage, la réplication est limitée à la boucle de H seulement ; aucune synthèse simultanée de L-boucle ne se produit.

Quand l'ADN est déroulé à l'OH, la protéine ADN-grippante monocatenaire mitochondriale (mtSSB) vêtx la boucle déplacée pour éviter l'amorçage POLMRT-assisté au hasard.

La fourche de réplication continue pour un total de deux-tiers du génome avant de rencontrer l'O.L Ceci a comme conséquence l'ADN monocatenaire dans cette région pour former une structure de cheminée-boucle qui protège l'extension courte de l'ADN qu'elle entoure dans cette région d'être lié par le mtSSB.

Cette région est, pour cette raison, favorable à la synthèse d'ARN, car le grippement de POLMRT est autorisé. POLMRT est faiblement processive et après la synthèse d'approximativement 25 nucléotides, POLγ assume le rôle de l'allongement au ′ 3 - l'extrémité de l'amorce., et l'amorçage de la synthèse de L-boucle se produit. La réplication des boucles de l et de h sont jointes car la synthèse de L-boucle dépend de la synthèse précédente de H-boucle.

Réplication de l'ADN mitochondriale : Amorçage et amorçage

Commencer la réplication d'ADN mitochondrial comporte un amorçage appelé de processus. Ceci décrit la synthèse des amorces courtes d'ARN par primase α-associé de Pol (petite sous-unité de PriS/Pri1-DNA Primase), cela que la polymérase peut employer comme fondation pour 3' synthèse de réplication de l'ADN.

C'est impérieux à la réplication d'ADNmt, puisque la polymérase peut seulement ajouter les nucléotides neufs à une boucle existante. L'identité de l'enzyme (primase) responsable de ceci est évasive. La preuve de son existence a été fournie en 1985 et l'activité de primase était distincte du γ de Pol et du POLRMT, la polymérase ARN mitochondriale. Pendant les 20 années suivant ceci, aucune analyse supplémentaire dans son identité n'a été indiquée, jusqu'en 2005 quand on l'a indiqué que POLMRT in vitro pourrait commencer la réplication de l'ADN de ralentissement-boucle.

POLMRT est visé aux mitochondries par l'intermédiaire de sa séquence de désignation d'objectifs mitochondriale de N-terminal. Le domaine de C-terminal est le père de l'activité catalytique et est composé des cases économisées de séquence. Il est structurellement homologue à la polymérase ARN T7, cependant, à la différence de T7, POLRMT ne peut pas gripper, courber ou fondre l'ADN au promoteur.

POLMRT synthétise des amorces de 2-18 nucléotides au HSP et à LSP au sein de la NCR. Transcriptions qui sont commencées au ′ du congé 3 de LSP - extrémités de l'ARN duquel POLγ, l'enzyme de marche à suivre de synthèse d'ADN, peut commencer la synthèse d'ADN.

La transcription au LSP est distincte du HSP dans ces résultats de l'initiation de la transcription est l'un ou l'autre de (a) mis fin dans la région de case de séquence économisée (CSB) par trois et la transcription résultante est par la suite employée comme amorce pour que la réplication ou (b) l'allongement transcriptionnel prolongé forme une transcription polycistronique. CSB II introduit l'achêvement transcriptionnel ; il peut former une structure quadruplex, structures secondaires constituées par la guanine hydrogène-métallisée (G) de Hoogsteen dans des séquences de riches de G.

Cependant, à LSP RNA-DNA les hybrides persistants agissent en tant que les amorces pour la réplication de l'ADN et ces hybrides produisent les quadruplexes intermoléculaires qui se comportent en tant que bons terminateurs transcriptionnels. Ceci active la formation des amorces nécessaires pour l'amorçage de réplication.

CSB II est pour cette raison décrit pendant qu'un contact entre les procédés de la transcription et la réplication - il est en partie réglé par le facteur humain d'allongement de transcription, TEFM, qui a introduit l'allongement transcriptionnel. La pleine appréhension au sujet de la façon dont c'est réglée reste à déterrer ; par exemple, elle est inconnue comment la polymérase peut étendre l'amorce au delà de la structure quadruplex.

Réplication de l'ADN mitochondriale : Achêvement

Quand POLγ a synthétisé le plein génome mitochondrial, les brins d'ADN sont ligaturés par la ligase III. de l'action ADN. Pour tenir compte de ceci, l'alignement correct du 3' et de 5' des fins de l'ADN doit se produire ; ceci exige le démontage des amorces commençantes d'ARN. Une enzyme estimative est à cet effet la ribonucléase H1 (RNASEH1) ; ceci est indiqué des études des fibroblastes embryonnaires de souris manquant de RNASEH1 dans lequel la perte d'ADNmt se produit.

Après la synthèse de l'ADNmt, POLγ commence des cycles de polymérisation avec 3 le ′ - dégradation d'exonucléase de 5 ′ au site d'entaille produit par ce dernier. Ce procédé se nomme ralenti et est nécessaire pour que la ligature correcte se produise. La perte d'activité d'exonucléase évite POLγ tournant au ralenti, ayant pour résultat la synthèse prolongée dans le dsDNA au delà de l'ADNmt intégral. Ceci produit une structure d'aileron qui ne peut pas être ligaturée.

Il y a un autre ′ du commandant 5 - la fin de l'ADN naissant a localisé le point d'ébullition approximativement 100 des sites de passage de RNA-DNA à la position 191 dans l'ADNmt humain. Comment ce site est produit est peu clair, mais on l'a spéculé pour avoir en raison produit du ′ 5 - finissez le traitement pendant le démontage d'amorce.

Dans ce procédé, des régions en aval l'amorce d'ARN sont retirées ayant pour résultat des sites du passage ARN-à-ADN étant séparés de la remarque de ligature de la boucle de H à l'extrémité de la réplication. Un médiateur de ce cas est l'exonucléase mitochondriale 1 (MGME1) de maintenance de génome qui peut couper des substrats de ssDNA et d'aileron d'ADN. D'autres études déterminant les rôles de MGME1 et de RNASEH1 sont nécessaires pour déterminer comment des produits des produits de réplication sont traités, cependant.

Sources

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Last Updated: May 9, 2019

Hidaya Aliouche

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Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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