複製起点認識複合体

複製起点認識複合体または複製開始点認識複合体（ふくせい きてん/かいしてん にんしきふくごうたい、英: origin recognition complex、略称: ORC）は、ATP依存的に複製起点に結合する、複数サブユニット（6サブユニット）からなるDNA結合複合体であり、すべての真核生物と古細菌に存在する。この複合体のサブユニットは、ORC1（英語版）、ORC2（英語版）、ORC3（英語版）、ORC4（英語版）、ORC5（英語版）、ORC6（英語版）遺伝子によってコードされている。ORCは真核生物におけるDNA複製の中心的な構成要素であり、細胞周期を通じて複製起点のクロマチンに結合したままである。 ORCはゲノム全体にわたってDNA複製を指揮する因子であり、複製の開始のために必要である。複製起点に結合したORCは、Cdc6（英語版）、Tah11（Cdt1（英語版））、Mcm2-Mcm7（英語版）複合体（MCM）を含む、複製前複合体（pre-RC）の組み立ての基礎として機能する。G1期におけるpre-RCの組み立ては、S期のDNA合成に先立つ染色体の複製ライセンス化（英語版）に必要である。細胞周期によって調節されたサイクリン依存性キナーゼCdc28によるOrc2、Orc6、Cdc6、MCMのリン酸化は、DNA複製の開始、G2/M期中の再開始の防止を調節している。 ORCは細胞周期を通じて複製起点に結合した状態であるが、有糸分裂の終盤とG1期の初期にだけ活性がある。 酵母では、ORCは接合型（英語版）に関する遺伝子座Hidden MAT Left（HML）とHidden MAT Right（HMR）のサイレンシングの確立にも関与している。ORCは、サイレンシングタンパク質Sir1をHMLとHMRのサイレンサーへリクルートすることによって、転写的にサイレンシングされたクロマチンの組み立てに関与する。 Orc1とOrc5がATPを結合するが、ATPアーゼ活性を持つのはOrc1だけである。Orc1のATP結合は、ORCのDNAへの結合に必要であり、細胞の生存に必須である。Orc1のATPアーゼ活性はpre-RCの形成に関係している。Orc5のATP結合は、ORC全体としての安定性に重要である。複製起点への結合にはOrc1からOrc5までのサブユニットのみが必要であり、Orc6は形成されたpre-RCの維持に必要である。ORC内の相互作用からは、Orc2-3-6がコア複合体を形成していることが示唆される。 ORCには次のようなタンパク質が存在している。 古細菌のORCとMcmは単純化されており、そのためpre-RCも単純である。真核生物のように6つの異なるMcmタンパク質が擬対称のヘテロ六量体を形成するのではなく、古細菌のMCMの6つのサブユニットはすべて同一である。通常、Cdc6とOrc1の双方と相同なタンパク質が複数存在しているが、その一部が双方の機能を果たす。真核生物のORCとは異なり、常に複合体を形成しているわけではない。事実、古細菌のORCが複合体を形成するときは、多様な複合体が形成される。Sulfolobus islandicusは、複製起点の1つを認識するためにCdt1のホモログも利用する。 自律複製配列（autonomously replicating sequences、ARS）は出芽酵母で最初に発見されたもので、ORCが正しく機能するために不可欠である。これらの100–200塩基対の配列は、S期の間の複製活性を促進する。ARSは出芽酵母の染色体のどの場所にでも配置することができ、配置された部位からの複製を促進する。中でも11塩基対の高度に保存された配列（Aエレメントと呼ばれる）が出芽酵母での起点としての機能に必須であると考えられている。ORCはもともと、出芽酵母のARSのAエレメントに結合するものとして同定された。 動物細胞のARSははるかに謎めいており、保存配列はまだ発見されていない。動物細胞では、複製起点はレプリコンクラスターへと集合する。各クラスター内ではレプリコンの長さは類似しているが、クラスター間ではレプリコンの長さは大きく異なる。これらのクラスターはS期に同時に活性化される。 ORCはMCM複合体（pre-RC）のDNAへのローディングに必須である。この過程は、ORC、Cdc6、Cdt1に依存しており、ATPによって制御されたいくつかのリクルートイベントを伴う。まず、ORCとCdc6は複製起点のDNA上で複合体を形成する。ORC/Cdc6複合体は、この部位へCdt1/Mcm2-7をリクルートする。ORC/Cdc6/Cdt1/Mcm2-7からなる巨大な複合体（OCCM複合体）が形成されると、ORC/Cdc6/Cdt1は一体となってMcm2-7をDNAへロードし、この過程でCdc6によってATPが加水分解される。Cdc6のATPアーゼ活性はORCと複製起点DNAの双方に依存している。これによってCdt1のDNA上での安定性が低下し、ロードされたMcm2-7を残して複合体から解離する。Mcm2-7は最初にロードされた状態ではDNAを完全に取り囲んでおり、ヘリカーゼ活性は阻害されている。S期には、Mcm2-7複合体はヘリカーゼのコファクターであるCdc45（英語版）、GINS（英語版）と相互作用し、複製起点のDNAを巻き戻して一本鎖DNAを作り出し、複製を開始させる。複製を双方向で行うために、この過程は複製起点で2度起こる。どちらのローディングも1つのORCによって媒介され、1度目のイベントと同じ過程が行われる。これまでにORC、MCM、そして中間体となるOCCM複合体の構造が解かれている。 ^ Origin Recognition Complex - MeSH・アメリカ国立医学図書館・生命科学用語シソーラス（英語） ^ “Initiation of DNA replication in eukaryotic cells”. 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