Origen de la replicación

El origen de replicación (también llamado origen de replicación) es una secuencia particular en un genoma en la que se inicia la replicación. La propagación del material genético entre generaciones requiere una duplicación oportuna y precisa del ADN mediante replicación semiconservadora antes de la división celular para garantizar que cada célula hija reciba el complemento completo de cromosomas. Esto puede implicar la replicación del ADN en organismos vivos como procariotas y eucariotas, o la del ADN o ARN en virus, como los virus de ARN bicatenario. La síntesis de las cadenas hijas comienza en sitios discretos, denominados orígenes de replicación, y continúa de manera bidireccional hasta que se replica todo el ADN genómico. A pesar de la naturaleza fundamental de estos eventos, los organismos han desarrollado estrategias sorprendentemente divergentes que controlan el inicio de la replicación. Aunque la estructura de organización y el reconocimiento del origen de la replicación específica varían de una especie a otra, se comparten algunas características comunes.

Características

Un requisito previo clave para la replicación del ADN es que debe ocurrir con una fidelidad y eficiencia extremadamente altas exactamente una vez por ciclo celular para evitar la acumulación de alteraciones genéticas con consecuencias potencialmente perjudiciales para la supervivencia celular y la viabilidad del organismo. Los eventos de replicación del ADN incompletos, erróneos o inoportunos pueden dar lugar a mutaciones, poliploidía o aneuploidía cromosómica y variaciones en el número de copias de genes, cada una de las cuales a su vez puede provocar enfermedades, incluido el cáncer. Para garantizar una duplicación completa y precisa de todo el genoma y el flujo correcto de información genética a las células de la progenie, todos los eventos de replicación del ADN no solo están estrictamente regulados con señales del ciclo celular sino que también se coordinan con otros eventos celulares como la transcripción y la reparación del ADN. Además, las secuencias de origen suelen tener un alto contenido de AT en todos los reinos, ya que las repeticiones de adenina y timina son más fáciles de separar porque sus interacciones de apilamiento de bases no son tan fuertes como las de guanina y citosina.

La replicación del ADN se divide en diferentes etapas. Durante la iniciación, las máquinas de replicación – llamadas replisomes – se montan en el ADN de una manera bidireccional. Estos loci de montaje constituyen los sitios de inicio de los orígenes de replicación o replicación del ADN. En la fase de alargamiento, los replisomes viajan en direcciones opuestas con las horquillas de replicación, desenrollando el helix de ADN y sintetizando las cadenas de ADN de hijas complementarias utilizando ambos hilos parentales como plantillas. Una vez que la replicación es completa, eventos específicos de terminación conducen al desmontaje de los replisomes. Mientras todo el genoma se duplica antes de la división celular, uno podría suponer que la ubicación de los sitios de inicio de la replicación no importa; sin embargo, se ha demostrado que muchos organismos utilizan regiones genómicas preferidas como orígenes. La necesidad de regular la ubicación de origen probablemente surge de la necesidad de coordinar la replicación de ADN con otros procesos que actúan en la plantilla de cromatina compartida para evitar rupturas de cadenas de ADN y daño de ADN.

Modelo de replicon

Hace más de cinco décadas, Jacob, Brenner y Cuzin propusieron la hipótesis del replicón para explicar la regulación de la síntesis de ADN cromosómico en E. coli. El modelo postula que un factor difusible de acción trans, el llamado iniciador, interactúa con un elemento de ADN que actúa cis, el replicador, para promover el inicio de la replicación en un momento determinado. origen cercano. Una vez unidos a los replicadores, los iniciadores (a menudo con la ayuda de proteínas cocargadoras) depositan helicasas replicativas en el ADN, que posteriormente impulsan el reclutamiento de componentes replisomas adicionales y el ensamblaje de toda la maquinaria de replicación. De este modo, el replicador especifica la ubicación de los eventos de iniciación de la replicación, y la región cromosómica que se replica a partir de un único origen o evento de iniciación se define como el replicón.

Una característica fundamental de la hipótesis del replicón es que se basa en una regulación positiva para controlar el inicio de la replicación del ADN, lo que puede explicar muchas observaciones experimentales en sistemas bacterianos y fagos. Por ejemplo, explica la falla de los ADN extracromosómicos sin orígenes para replicarse cuando se introducen en las células huésped. Racionaliza aún más las incompatibilidades de plásmidos en E. coli, donde ciertos plásmidos desestabilizan la herencia de otros debido a la competencia por la misma maquinaria de iniciación molecular. Por el contrario, un modelo de regulación negativa (análogo al modelo de operador de replicón para la transcripción) no logra explicar los hallazgos anteriores. No obstante, la investigación posterior a la propuesta del modelo del replicón por parte de Jacob, Brenner y Cuzin ha descubierto muchas capas adicionales de control de replicación en bacterias y eucariotas que comprenden elementos reguladores tanto positivos como negativos, destacando ambos. la complejidad y la importancia de restringir la replicación del ADN temporal y espacialmente.

El concepto de replicador como entidad genética ha demostrado ser muy útil en la búsqueda de identificar secuencias de ADN replicador y proteínas iniciadoras en procariotas, y hasta cierto punto también en eucariotas, aunque la organización y complejidad de los replicadores difieren considerablemente entre los dominios. de vida. Si bien los genomas bacterianos suelen contener un único replicador que se especifica mediante elementos de secuencia de ADN consensuados y que controla la replicación de todo el cromosoma, la mayoría de los replicadores eucariotas (con la excepción de la levadura en ciernes) no están definidos a nivel de secuencia de ADN; en cambio, parecen estar especificados combinatoriamente por señales locales estructurales del ADN y de cromatina. Los cromosomas eucariotas también son mucho más grandes que sus homólogos bacterianos, lo que plantea la necesidad de iniciar la síntesis de ADN desde muchos orígenes simultáneamente para garantizar la replicación oportuna de todo el genoma. Además, se cargan muchas más helicasas replicativas que las activadas para iniciar la replicación en un ciclo celular determinado. La definición de replicadores y la selección de orígenes basada en el contexto sugiere un modelo de replicón relajado en sistemas eucarióticos que permite flexibilidad en el programa de replicación del ADN. Aunque los replicadores y los orígenes pueden estar físicamente separados en los cromosomas, a menudo se localizan o se ubican muy cerca; Para simplificar, nos referiremos a ambos elementos como “orígenes” a lo largo de esta revisión. En conjunto, el descubrimiento y aislamiento de secuencias de origen en varios organismos representa un hito importante hacia la comprensión mecanicista del inicio de la replicación. Además, estos logros tuvieron profundas implicaciones biotecnológicas para el desarrollo de vectores lanzadera que pueden propagarse en células bacterianas, de levadura y de mamíferos.

bacteriana

La mayoría de los cromosomas bacterianos son circulares y contienen un único origen de replicación cromosómica (oriC). Las regiones oriC bacterianas son sorprendentemente diversas en tamaño (que van desde 250 pb a 2 kbp), secuencia y organización; no obstante, su capacidad para impulsar el inicio de la replicación generalmente depende de la lectura específica de la secuencia de los elementos de ADN de consenso por parte del iniciador bacteriano, una proteína llamada DnaA. Los orígenes en las bacterias son continuos o bipartitos y contienen tres elementos funcionales que controlan la actividad del origen: repeticiones de ADN conservadas que son reconocidas específicamente por DnaA (llamadas cajas de DnaA), un elemento de desenrollado de ADN (DUE) rico en AT y sitios de unión para proteínas. que ayudan a regular el inicio de la replicación. Las interacciones de DnaA tanto con las regiones de la caja DnaA bicatenaria (ds) como con el ADN monocatenario (ss) en el DUE son importantes para la activación del origen y están mediadas por diferentes dominios en la proteína iniciadora: una hélice-vuelta-hélice (HTH) elemento de unión al ADN y una ATPasa asociada con el dominio de diversas actividades celulares (AAA+), respectivamente. Si bien la secuencia, el número y la disposición de las cajas de ADN asociadas al origen varían en todo el reino bacteriano, su posición y espaciado específicos en una especie determinada son críticos para la función oriC y para la formación productiva del complejo de iniciación.

Entre las bacterias, E. coli es un sistema modelo particularmente poderoso para estudiar la organización, el reconocimiento y el mecanismo de activación de los orígenes de la replicación. E. coli oriC comprende una región de aproximadamente ~260 pb que contiene cuatro tipos de elementos de unión al iniciador que difieren en sus afinidades por el ADN y sus dependencias del cofactor ATP. Las cajas R1, R2 y R4 de DnaA constituyen sitios de alta afinidad que están unidos por el dominio HTH de DnaA independientemente del estado de unión de nucleótidos del iniciador. Por el contrario, los sitios I, τ y C, que están intercalados entre los sitios R, son cajas de DnaA de baja afinidad y se asocian preferentemente con DnaA unido a ATP, aunque ADP-DnaA puede sustituir a ATP-DnaA en ciertas condiciones. condiciones. La unión de los dominios HTH a los elementos de reconocimiento de ADNA de alta y baja afinidad promueve la oligomerización de orden superior dependiente de ATP de los módulos AAA+ de ADN en un filamento derecho que envuelve el ADN dúplex alrededor de su superficie exterior, generando así secuencias superhelicoidales. torsión que facilita la fusión del DUE adyacente rico en AT. La separación de las cadenas de ADN se ve favorecida adicionalmente por interacciones directas del dominio AAA+ ATPasa de ADN con repeticiones tripletes, los llamados tríos de ADN, en la región DUE proximal. La unión de segmentos de trinucleótidos monocatenarios por parte del filamento iniciador estira el ADN y estabiliza la burbuja de iniciación evitando el nuevo hibridamiento. El elemento de origen del trío DnaA se conserva en muchas especies bacterianas, lo que indica que es un elemento clave para la función de origen. Después de derretirse, el DUE proporciona un sitio de entrada para el E. coli helicasa replicativa DnaB, que se deposita en cada una de las hebras individuales de ADN mediante su proteína cargadora DnaC.

Aunque las diferentes actividades de unión al ADN del DnaA se han estudiado extensamente bioquímicamente y se han determinado varias estructuras unidas a apo, ssDNA o dsDNA, la arquitectura exacta del DnaA-oriC sigue sin estar clara. Se han propuesto dos modelos para explicar la organización de elementos de origen esenciales y la fusión oriC mediada por DnaA. El modelo de dos estados supone un filamento de ADNA continuo que cambia de un modo de unión de ADNds (el complejo organizador) a un modo de unión de ADNss en el DUE (el complejo de fusión). Por el contrario, en el modelo de bucle invertido, el ADN se dobla bruscamente en oriC y se pliega sobre el filamento iniciador, de modo que los protómeros de ADNA se acoplan simultáneamente a regiones de ADN de cadena simple y doble. Por lo tanto, dilucidar cómo exactamente el ADN oriC está organizado por DnaA sigue siendo una tarea importante para estudios futuros. Los conocimientos sobre la arquitectura del complejo de iniciación ayudarán a explicar no sólo cómo se funde el ADN de origen, sino también cómo se carga direccionalmente una helicasa replicativa en cada una de las hebras de ADN individuales expuestas en el DUE desenrollado, y cómo estos eventos se ven favorecidos por las interacciones de la helicasa con el iniciador y las proteínas cargadoras específicas.

Arquea

Los orígenes de replicación de las arqueas comparten algunas, pero no todas, las características organizativas del oriC bacteriano. A diferencia de las bacterias, las Archaea suelen iniciar la replicación desde múltiples orígenes por cromosoma (se han informado de uno a cuatro); sin embargo, los orígenes de las arqueas también tienen regiones de secuencia especializadas que controlan la función del origen. Estos elementos incluyen tanto cajas de reconocimiento de origen específicas de secuencia de ADN (ORB o miniORB) como un DUE rico en AT que está flanqueado por una o varias regiones ORB. Los elementos ORB muestran un grado considerable de diversidad en términos de número, disposición y secuencia, tanto entre diferentes especies de arqueas como entre diferentes orígenes en una sola especie. El iniciador Orc1/Cdc6 en las arqueas introduce un grado adicional de complejidad, que se une a las regiones ORB. Los genomas de arqueas normalmente codifican múltiples parálogos de Orc1/Cdc6 que varían sustancialmente en sus afinidades por distintos elementos ORB y que contribuyen de manera diferencial a las actividades de origen. En Sulfolobus solfataricus, por ejemplo, se han mapeado tres orígenes cromosómicos (oriC1, oriC2 y oriC3), y los estudios bioquímicos han revelado patrones de unión complejos de iniciadores en estos sitios. El iniciador afín de oriC1 es Orc1-1, que se asocia con varios ORB en este origen. OriC2 y oriC3 están unidos tanto por Orc1-1 como por Orc1-3. Por el contrario, un tercer parálogo, Orc1-2, deja huellas en los tres orígenes, pero se ha postulado que regula negativamente el inicio de la replicación. Además, se ha demostrado que la proteína WhiP, un iniciador no relacionado con Orc1/Cdc6, también se une a todos los orígenes e impulsa la actividad de origen de oriC3 en el estrechamente relacionado Sulfolobus islandicus. Debido a que los orígenes de las arqueas a menudo contienen varios elementos ORB adyacentes, se pueden reclutar simultáneamente múltiples parálogos de Orc1/Cdc6 en un origen y oligomerizarse en algunos casos; sin embargo, a diferencia del ADN bacteriano, la formación de un conjunto iniciador de orden superior no parece ser un requisito previo general para la función de origen en el dominio arqueal.

Los estudios estructurales han proporcionado información sobre cómo las arqueas Orc1/Cdc6 reconocen elementos ORB y remodelan el ADN de origen. Los parálogos de Orc1/Cdc6 son proteínas de dos dominios y están compuestos por un módulo de ATPasa AAA+ fusionado a un pliegue de hélice alada C-terminal. Las estructuras complejadas con ADN de Orc1/Cdc6 revelaron que los ORB están unidos por un monómero Orc1/Cdc6 a pesar de la presencia de secuencias repetidas invertidas dentro de los elementos ORB. Tanto la ATPasa como las regiones de hélice alada interactúan con el dúplex de ADN, pero contactan asimétricamente con la secuencia de repetición ORB palindrómica, lo que orienta Orc1/Cdc6 en una dirección específica en la repetición. Curiosamente, los elementos ORB o miniORB que flanquean DUE a menudo tienen polaridades opuestas, lo que predice que los subdominios de tapa AAA+ y los dominios de hélice alada de Orc1/Cdc6 están ubicados a ambos lados del DUE de manera que se enfrentan entre sí. Dado que ambas regiones de Orc1/Cdc6 se asocian con una helicasa replicativa de mantenimiento de minicromosomas (MCM), esta disposición específica de los elementos ORB y Orc1/Cdc6 probablemente sea importante para cargar dos complejos MCM simétricamente en el DUE. Sorprendentemente, mientras que la secuencia de ADN ORB determina la direccionalidad de la unión de Orc1/Cdc6, el iniciador realiza relativamente pocos contactos específicos de secuencia con el ADN. Sin embargo, Orc1/Cdc6 debilita y dobla gravemente el ADN, lo que sugiere que se basa en una combinación de secuencia de ADN y características estructurales del ADN dependientes del contexto para reconocer los orígenes. En particular, el emparejamiento de bases se mantiene en el dúplex de ADN distorsionado tras la unión de Orc1/Cdc6 en las estructuras cristalinas, mientras que los estudios bioquímicos han arrojado hallazgos contradictorios sobre si los iniciadores de arqueas pueden fundir el ADN de manera similar al ADN bacteriano. Aunque el parentesco evolutivo de los iniciadores y helicasas replicativas de arqueas y eucariotas indica que es probable que el MCM de arqueas esté cargado en ADN dúplex (ver la siguiente sección), el orden temporal de fusión del origen y la carga de helicasas, así como el mecanismo para la fusión del ADN de origen, en arqueas Por lo tanto, aún queda por establecer claramente los sistemas. Del mismo modo, en futuros estudios se deberá abordar cómo se carga exactamente la helicasa MCM en el ADN.

Eucariótico

La organización de origen, especificación y activación en eucariotas son más complejas que en dominios bacterianos o arqueales y se desvían significativamente del paradigma establecido para la iniciación de la replicación procariota. Los grandes tamaños de genoma de las células eucariotas, que van desde 12 Mbp en S. cerevisiae a más de 100 Gbp en algunas plantas, necesita que la replicación del ADN comience en varios cientos (en la levadura de brote) a decenas de miles (en humanos) originan para completar la replicación del ADN de todos los cromosomas durante cada ciclo celular. Con excepción de S. cerevisiae y conexas Saccharomycotina especies, orígenes eucarísticos no contienen elementos de secuencia de ADN de consenso, pero su ubicación está influenciada por cues contextuales como la topología local del ADN, las características estructurales del ADN y el entorno de la cromatina.

La función de origen eucariota se basa en un complejo de proteínas iniciador conservado para cargar helicasas replicativas en el ADN durante las fases tardías M y G1 del ciclo celular, un paso conocido como licencia de origen . En contraste con sus contrapartes bacterianas, las helicasas replicativas en los eucariotas se cargan en el ADN dúplex de origen en una forma inactiva y doble hexamérica y solo un subconjunto de ellas (10-20% en células de mamíferos) se activa durante cualquier fase S dada, eventos que d. se denominan disparos de origen .

Por lo tanto, la ubicación de los orígenes eucarísticos activos se determina en al menos dos niveles diferentes, licencias de origen para marcar todos los orígenes potenciales, y disparos de origen para seleccionar un subconjunto que permita el montaje de la maquinaria de replicación e iniciación de la síntesis de ADN. Los orígenes licenciados adicionales sirven como respaldo y se activan sólo al ralentizar o estancado de horquillas de replicación cercanas, asegurando que la replicación de ADN puede completarse cuando las células encuentran estrés de replicación. En ausencia de estrés, el despido de origen extra es suprimido por un mecanismo de señalización asociado a la replicación. Juntos, el exceso de los orígenes autorizados y el estricto control del ciclo celular de las licencias de origen y los disparos encarnan dos estrategias importantes para prevenir la subreplicación y la sobrereplicación y mantener la integridad de los genomas eucariotas.

Estudios tempranos en S. cerevisiae indicó que los orígenes de la replicación en los eucariotas podrían reconocerse de manera análoga a las de los procariotas. En la levadura en ciernes, la búsqueda de replicadores genéticos conduce a la identificación de secuencias de replicación autónoma (ARS) que soportan la iniciación eficiente de la replicación del ADN extracromosómico. Estas regiones de ARS tienen aproximadamente 100-200 bp de largo y exhiben una organización multipartita, que contiene A, B1, B2, y a veces elementos B3 que juntos son esenciales para la función de origen. El elemento A abarca la secuencia de consenso de 11 bp ARS (ACS), que, junto con el elemento B1, constituye el sitio de unión principal para el complejo de reconocimiento de origen heterohexamérico (ORC), el iniciador de replicación eucarística. Dentro de ORC, cinco subunidades se predican en los pliegues AAA+ ATPase conservados y los pliegues alatados-helix y co-assemble en un anillo pentamérico que rodea el ADN. En la mezcla de levaduras ORC, los elementos de unión de ADN en los dominios ATPase y alas-helix, así como las regiones de parche básica adyacentes en algunas de las subunidades ORC, se posicionan en el poro central del anillo ORC, de manera que ayuden al reconocimiento específico de la ACS de forma dependiente de ATP. Por el contrario, las funciones de los elementos B2 y B3 son menos claras. La región B2 es similar a la ACS en secuencia y se ha sugerido que funcione como un segundo sitio de enlace ORC en determinadas condiciones, o como un sitio de enlace para el núcleo helicaso replicativo. Por el contrario, el elemento B3 recluta el factor de transcripción Abf1, aunque B3 no se encuentra en todos los orígenes de la levadura y la unión Abf1 no parece ser estrictamente esencial para la función de origen.

Reconocimiento de origen en eucariotas distintos S. cerevisiae o sus parientes cercanos no se ajustan a la lectura de secuencia específica de elementos de ADN de origen conservado. Los deseos de aislar secuencias específicas de replicadores cromosómicos más generalmente en especies eucarísticas, ya sea genéticamente o mediante la cartografía a nivel genoma de sitios de inicio de unión o replicación del iniciador, no han identificado secuencias de consenso claras en los orígenes. Por lo tanto, las interacciones de iniciador de ADN específicas de secuencia en la levadura que brota significan un modo especializado para el reconocimiento de origen en este sistema en lugar de un modo arquetípico para la especificación de origen en todo el dominio eucariotico. Sin embargo, la replicación del ADN se inicia en sitios discretos que no se distribuyen aleatoriamente en genomas eucarísticos, argumentando que medios alternativos determinan la ubicación cromosómica de los orígenes en estos sistemas. Estos mecanismos implican una interacción compleja entre la accesibilidad del ADN, la secuencia de nucleótidos (tanto las islas AT-richness como las islas CpG han estado vinculadas a los orígenes), el posicionamiento Nucleosome, las características epigenéticas, la topología del ADN y ciertas características estructurales del ADN (por ejemplo, motivos G4), así como proteínas regulatorias e interferencia transcripcional. Importantemente, las propiedades de origen varían no sólo entre diferentes orígenes en un organismo y entre especies, sino que algunas también pueden cambiar durante el desarrollo y la diferenciación celular. El locus del coro en Drosophila Las células del folículo constituyen un ejemplo bien establecido para el control espacial y de desarrollo de los eventos de iniciación. Esta región experimenta una amplificación genética dependiente del ADN en una etapa definida durante la oogenesis y depende de la activación oportuna y específica de los orígenes del coro, que a su vez está regulada por los elementos cis-elementos específicos del origen y varios factores de proteína, incluyendo el complejo Myb, E2F1, y E2F2. Esta especificación combinatorial y regulación multifactorial de los orígenes metazoos ha complicado la identificación de características unificantes que determinan la ubicación de sitios de inicio de replicación en los eucariotas más generalmente.

Para facilitar la iniciación de la replicación y el reconocimiento de origen, las asambleas ORC de varias especies han evolucionado dominios auxiliares especializados que se consideran para ayudar al iniciador a los orígenes cromosómicos o cromosomas en general. Por ejemplo, la subunidad Orc4 en S. pombe ORC contiene varios AT-hooks que vinculan preferentemente el ADN de AT-rich, mientras que en metazoan ORC el dominio TFIIB-como de Orc6 se piensa para realizar una función similar. Las proteínas Metazoan Orc1 también albergan un dominio de homología bromo-adjacente (BAH) que interactúa con los núcleos H4K20me2. Particularmente en las células mamíferas, se ha informado que la metilación H4K20 es necesaria para la iniciación eficiente de la replicación, y el dominio Orc1-BAH facilita la asociación ORC con los cromosomas y la replicación dependiente del virus Epstein-Barr. Por lo tanto, es intrigante especular que ambas observaciones están mecanísticamente vinculadas al menos en un subconjunto de metazoa, pero esta posibilidad debe ser explorada aún más en futuros estudios. Además del reconocimiento de ciertas características epigenéticas o de ADN, ORC también asocia directa o indirectamente con varias proteínas asociadas que podrían ayudar al reclutamiento de iniciadores, incluyendo LRWD1, PHIP (o DCAF14), HMGA1a, entre otros. Interesantemente, Drosophila ORC, al igual que su contraparte de la levadura, dobla ADN y supercoiling negativo se ha reportado para mejorar la unión de ADN de este complejo, sugiriendo que la forma de ADN y la malleabilidad podrían influir en la ubicación de los sitios de unión ORC en los genomas metazoos. Una comprensión molecular de cómo las regiones de unión de ADN de ORC podrían apoyar la lectura de propiedades estructurales del dúplex de ADN en metazoanos en lugar de secuencias específicas de ADN como en S. cerevisiae espera información estructural de alta resolución de las asambleas de iniciadores metazoos de ADN. Del mismo modo, si los diferentes factores epigenéticos contribuyen al reclutamiento de iniciadores en sistemas metazoos está mal definido y es una pregunta importante que debe abordarse con más detalle.

Una vez reclutados en los orígenes, ORC y sus cofactores Cdc6 y Cdt1 impulsan la deposición del complejo de mantenimiento del minicromosoma 2-7 (Mcm2-7) en el ADN. Al igual que el núcleo de helicasa replicativa de arqueas, Mcm2-7 se carga como un hexámero doble cabeza a cabeza en el ADN para licenciar los orígenes. En la fase S, la quinasa dependiente de Dbf4 (DDK) y la quinasa dependiente de ciclina (CDK) fosforilan varias subunidades Mcm2-7 y factores de iniciación adicionales para promover el reclutamiento de los coactivadores de helicasa Cdc45 y GINS, la fusión del ADN y, en última instancia, bidireccional. ensamblaje replicable en un subconjunto de los orígenes con licencia. Tanto en levaduras como en metazoos, los orígenes están libres o agotados de nucleosomas, una propiedad que es crucial para la carga de Mcm2-7, lo que indica que el estado de la cromatina en los orígenes regula no solo el reclutamiento del iniciador sino también la carga de helicasa. Un entorno de cromatina permisivo es además importante para la activación del origen y se ha implicado en la regulación tanto de la eficiencia del origen como del momento de activación del origen. Los orígenes eucromáticos generalmente contienen marcas de cromatina activa, se replican temprano y son más eficientes que los orígenes heterocromáticos de replicación tardía, que a la inversa se caracterizan por marcas represivas. No es sorprendente que se haya descubierto que varios remodeladores de la cromatina y enzimas modificadoras de la cromatina se asocian con orígenes y ciertos factores de iniciación, pero sigue siendo en gran medida oscuro cómo sus actividades impactan diferentes eventos de iniciación de la replicación. Sorprendentemente, recientemente también se han identificado "elementos de control de replicación temprana" (ECRE) que actúan en cis para ayudar a regular el tiempo de replicación e influir en la arquitectura del genoma 3D en células de mamíferos. Comprender los mecanismos moleculares y bioquímicos que orquestan esta compleja interacción entre la organización del genoma 3D, la estructura de la cromatina local y de orden superior y el inicio de la replicación es un tema interesante para futuros estudios.

¿Por qué los orígenes de la replicación de los metazoos se han desviado del paradigma de reconocimiento específico de la secuencia de ADN que determina los sitios de inicio de la replicación en procariotas y levaduras en ciernes? Las observaciones de que los orígenes de los metazoos a menudo se localizan con regiones promotoras en Drosophila y células de mamíferos y que los conflictos de replicación-transcripción debidos a colisiones de las maquinarias moleculares subyacentes pueden conducir a daños en el ADN, sugieren que la coordinación adecuada de la transcripción y la replicación Es importante para mantener la estabilidad del genoma. Hallazgos recientes también apuntan a un papel más directo de la transcripción a la hora de influir en la ubicación de los orígenes, ya sea inhibiendo la carga de Mcm2-7 o reposicionando el Mcm2-7 cargado en los cromosomas. La unión del iniciador al ADN independiente de la secuencia (pero no necesariamente aleatoria) permite además flexibilidad para especificar los sitios de carga de la helicasa y, junto con la interferencia transcripcional y la variabilidad en las eficiencias de activación de los orígenes autorizados, probablemente determina la ubicación del origen y contribuye a la co-regulación de Programas transcripcionales y de replicación del ADN durante el desarrollo y las transiciones del destino celular. Modelado computacional de eventos de iniciación en S. pombe, así como la identificación de orígenes específicos de tipo celular y regulados por el desarrollo en metazoos, están de acuerdo con esta noción. Sin embargo, también existe un gran grado de flexibilidad en la elección del origen entre diferentes células dentro de una sola población, aunque los mecanismos moleculares que conducen a la heterogeneidad en el uso del origen siguen estando mal definidos. Mapear los orígenes en células individuales en sistemas de metazoos y correlacionar estos eventos de iniciación con la expresión génica unicelular y el estado de la cromatina será importante para dilucidar si la elección del origen es puramente estocástica o está controlada de una manera definida.

Viral

Los virus a menudo poseen un único origen de replicación.

Se ha descrito una variedad de proteínas como involucradas en la replicación viral. Por ejemplo, los virus de polioma utilizan ADN polimerasas de las células huésped, que se unen a un origen viral de replicación si el antígeno T está presente.

variaciones

Aunque la replicación del ADN es esencial para la herencia genética, los orígenes de replicación definidos y específicos del sitio técnicamente no son un requisito para la duplicación del genoma siempre que todos los cromosomas se copian en su totalidad para mantener los números de copias genéticas. Ciertos bacteriófagos y virus, por ejemplo, pueden iniciar la replicación del ADN por recombinación homóloga independientemente de los orígenes dedicados. Del mismo modo, el arqueón haloferax volcanii utiliza el inicio dependiente de la recombinación para duplicar su genoma cuando se eliminan sus orígenes endógenos. Se han informado eventos de inicio no canónicos similares a través de la replicación inducida por la ruptura o iniciada por la transcripción en E. coli y s. cerevisiae . No obstante, a pesar de la capacidad de las células para mantener la viabilidad en estas circunstancias excepcionales, el inicio dependiente del origen es una estrategia común adoptada universalmente en diferentes dominios de la vida.

Además, los estudios detallados de la iniciación de replicación se han centrado en un número limitado de sistemas modelo. Los hongos y Metazoa ampliamente estudiados son miembros del supergrupo Opisthokont y ejemplifican solo una pequeña fracción del paisaje evolutivo en el dominio eucariota. Comparablemente, se han dirigido pocos esfuerzos a otros sistemas de modelos eucariotas, como cinetoplástidos o tetrahymena. Sorprendentemente, estos estudios han revelado diferencias interesantes tanto en las propiedades de origen como en la composición del iniciador en comparación con la levadura y los metazoos.