DNAsynthesesnelheid

DNAsyntesesnelheid verwijst naar de snelheid waarmee nucleotiden worden toegevoegd aan een DNA-streng door DNA-polymerasen tijdens DNA-replicatie of in vitro synthese. Meestal wordt deze snelheid uitgedrukt als nt/s (nucleotiden per seconde), bp/s of kb/min, afhankelijk van de context en het soort organisme. In vivo bepaalt de snelheid van het replisoom hoe snel een DNA-segment kan worden verlengd, mede door de procesiviteit van de polymerasen.

In cellen vindt DNA-synthese plaats binnen het replisoom. Het replisoom omvat helicases, primases en DNA-polymerasen die de strandsynthese mogelijk maken. Bij eukaryoten leveren Pol ε en Pol δ de belangrijkste synthese voor respectievelijk de leidende en achterlopende streng; bij prokaryoten is DNA Polymerase III het hoofdenzym. De sliding clamp (PCNA bij eukaryoten, β-clamp bij veel prokaryoten) verhoogt de procesiviteit en kan de snelheid beïnvloeden, terwijl de lengte van Okazaki-fragmenten en andere factoren ook een rol spelen.

Factoren die de snelheid beïnvloeden zijn onder meer beschikbaarheid van dNTP’s, DNA-sequentie en structuur (bijv. GC-rijke zones of DNA-schade), chromatinetoestand in eukaryoten, en cellulaire regulatie zoals checkpoints en replicatiestress. De keuze van polymerase (hogere snelheid versus hoge fideliteit), evenals eiwitfactors die het replisoom stabiliseren, kunnen de voortgang vooruit- of achteruit sturen.

Meetmethoden variëren: in vivo wordt de forksnelheid vaak bepaald met DNA-fiber assays waarbij cellen gemarkeerde nucleotide-analogen gebruiken (bijv. IdU en CldU) om tractlengtes en snelheid af te leiden. In vitro kunnen primer-extension assays en realtime fluorescentie- of luminescentie-assays worden gebruikt om de snelheid van een specifieke polymerase te bepalen.

DNAsynthesesnelheid is essentieel voor celgroei, ontwikkeling en genomische stabiliteit. Veranderingen kunnen leiden tot replicatiestress en zijn relevante factoren in kanker en andere ziekten. In biotechnologie bepaalt de snelheid van polymerasen de efficiëntie van PCR, sequencing-bibliotheekvoorbereidingen en andere DNA-synthese-toepassingen.