Replikationsstandorte

Replikationsstandorte, oris of replication, sind spezifische Regionen im Genom, an denen die DNA-Replikation beginnt. Von diesen Standorten aus läuft der Replikationsprozess bidirektional in zwei Replikationsgabeln ab. Die Identität und Aktivität von Replikationsstandorten werden durch DNA-Sequenzmerkmale, Chromatinzustand, Histone-modifications sowie cell-cycle-spezifische Signale bestimmt.

In Prokaryoten liegt in der Regel ein einzelner Replikationsursprung pro Ringchromosom, zum Beispiel oriC bei Escherichia coli. Initiatorproteine wie DnaA binden an oriC und lösen die DNA auf, woraufhin der Helikasekomplex DnaB/DnaC den Replikationsapparat aufbaut. Die Replikation beginnt dort und verläuft bi-direktional, sodass die beiden Kopien des Genoms erstellt werden. Die Kontrolle der Initiation erfolgt durch Regulation der DnaA-Aktivität, sodass eine Replikation in der richtigen Zellzyklusphase stattfindet.

Bei Eukaryoten existieren viele Replikationsstandorte pro Chromosom. Das origin recognition complex (ORC) bindet an potenzielle Orte und lizenziert gemeinsam mit Cdc6 und Cdt1 das MCM2-7-Helicasecomplexe in der G1-Phase, wodurch ein Prä-Replikationskomplex entsteht. In der S-Phase werden die Lizenzen durch Aktivierungssignale wie CDKs und DDK freigegeben und die eigentliche Origin-Feuerung durch weitere Faktoren (z. B. Cdc45, GINS) ausgelöst. Origin-Firing ist oft mit der Chromatinumgebung und der zeitlichen Replikationsplanung (Early/Late Replication) verknüpft.

Archaea nutzen ebenfalls mehrere Origins pro Chromosom, deren Aktivierung durch Cdc6/Orc1-ähnliche Proteine und MCM-Helikasen vermittelt wird.

Die Regulierung von Replikationsstandorten ist wichtig für die Genomstabilität. Fehlfunktionen können zu Replikationsstress, Fragile Sites und Krebsentstehung beitragen. Moderne Methoden wie Nascent-Strand-Sequencing oder OK-Seq dienen der Kartierung und Charakterisierung von Origin-Aktivität.