Участие ДНК-топоизомераз в клеточных процессах: репликация ДНК
Движение репликационной вилки приводит к накоплению положительных сверхвитков в участке ДНК, в сторону которого движется вилка. Снятие топологического напряжения может в принципе осуществляться двумя способами: либо релаксацией топоизомеразой II и топоизомеразой IB , или с помощью вращения репликационной вилки: в последнем случае сверхвитки превращаются в переплетения двух дочерних хроматид за вилкой. На дрожжевых хромосомах показано, что топоизомераза I работает за вилкой, релаксируя отрицательные сверхвитки, а топоизомераза II работает перед вилкой, устраняя (+) витки [ 54 ]. Процесс вращения репликационной вилки требует участия Smc5 / Smc6 белков, связывающих катенированные участки ДНК [ 55 ]. Для разделения дочерних хромосом клетке необходимы ферменты типа II, способные оперировать двухцепочечными фрагментами ДНК. У бактерий декатенация осуществляется преимущественно топоизомеразой IV при участии бактериальных конденсинов ( MukBEF ) [ 56 , 57 , 58 ]. У эукариот положительная сверхспирализация, вносимая при участии конденсина ( Smc2 ), способствует эффективной декатенации с помощью топоизомеразы II [ 43 , 59 ].
При столкновении вилок, движущихся навстречу друг другу, репликация продолжается до момента, пока недореплицированный участок ДНК не станет слишком коротким для связывания топоизомеразы, при этом из-за накопления топологического напряжения репликация останавливается. Предполагается, что с такими интермедиатами связываются комплексы топоизомеразы III и хеликаз семейства RecQ , в частности была продемонстрирована способность топоизомеразы III E. coli в комплексе с хеликазой RecQ устранять подобные структуры in vitro [ 60 ].
