ジェミニン作用の原因間協同性は、複製起源のライセンスのためのオールまたはノンのスイッチを確立します

後生動物では、ジェミニンは染色体DNAの再補充を防ぐための分子スイッチとして機能します。ジェミニンは、複製起源のライセンスに必要なCDT1に結合して阻害しますが、ライセンス抑制におけるジェミニンのオールまたはノンのアクションの根底にあるメカニズムについてはほとんど知られていません。Xenopus Egg Extractを使用して、オールまたは非活性はクロマチンに対するCDT1病巣の形成と相関していることがわかり、オリジンの複数のCDT1-ゲミニン複合体が協調的にライセンスを阻害することを示唆しています。ジェミニンとCDT1が対象としたライセンス中間体の実験的識別に基づいて、ライセンスプロセスの数学的モデルを開発しました。このモデルは、近隣の起源でのジェミニンの協同作用により、積極的なフィードバックを含み、抽出物中のジェミニンとCDT1が媒介するライセンス活動を正確に説明します。このモデルは、このような協同性がライセンス抑制起源のクラスタリングにつながることも予測しています。これは、オリジン間距離の実験的に測定された分布によってサポートされるアイデアです。ジェミニンは、オリジン間相互作用を通じてライセンスを阻害し、染色体上の複数の複製起点の厳格かつ調整された制御を確保することを提案します。

In metazoans, geminin functions as a molecular switch for preventing re-replication of chromosomal DNA. Geminin binds to and inhibits Cdt1, which is required for replication origin licensing, but little is known about the mechanisms underlying geminin's all-or-none action in licensing inhibition. Using Xenopus egg extract, we found that the all-or-none activity correlated with the formation of Cdt1 foci on chromatin, suggesting that multiple Cdt1-geminin complexes on origins cooperatively inhibit licensing. Based on experimental identification of licensing intermediates targeted by geminin and Cdt1, we developed a mathematical model of the licensing process. The model involves positive feedback owing to the cooperative action of geminin at neighboring origins and accurately accounts for the licensing activity mediated by geminin and Cdt1 in the extracts. The model also predicts that such cooperativity leads to clustering of licensing-inhibited origins, an idea that is supported by the experimentally measured distribution of inter-origin distances. We propose that geminin inhibits licensing through an inter-origin interaction, ensuring strict and coordinated control of multiple replication origins on chromosomes.