バルク合成およびそれ以降：真核生物の複製DNAポリメラーゼの役割

生物のゲノムDNAは、各細胞周期中に正確に複製する必要があります。DNA合成は、ヌクレオチドポリマーを5 'から3'の方向に拡張するDNAポリメラーゼ酵素によって触媒されます。この固有の方向性は、一方の鎖が前方に合成される（先頭）、もう一方は二重DNAの巻き戻しに合成を結合するために逆方向に（遅れて）逆方向に合成されることを必要とします。真核細胞は、DNAを複製するために調整する多くの多様なポリメラーゼを所有しており、3つの主要な複製ポリメラーゼはpolα、polδ、polεです。分子シグネチャを初期のDNAに組み込む変異体ポリメラーゼを利用した酵母およびヒト細胞で実施された研究は、先頭鎖合成に関与し、遅れた鎖複製にpolαおよびpolΔを巻き込みます。最近の構造的洞察は、コアヘリカーゼの周りのこれらの酵素の空間構成が、それらの鎖固有の役割をどのように促進するかを明らかにしました。ただし、複製中のさまざまな困難な状況では、複製の開始中や複製ブロッキング付加物との出会いなど、これらの酵素の使用に柔軟性が必要です。このレビューは、バルクDNA複製における複製ポリメラーゼの役割を要約し、柔軟で動的な展開を調査して、ゲノム複製を完了します。また、ポリメラーゼの使用パターンが、複製フォークの方向性を明らかにして、複製の開始と終了の領域を特定することにより、グローバルな複製ダイナミクスの理解をどのように伝えることができるかを調べます。

An organism's genomic DNA must be accurately duplicated during each cell cycle. DNA synthesis is catalysed by DNA polymerase enzymes, which extend nucleotide polymers in a 5' to 3' direction. This inherent directionality necessitates that one strand is synthesised forwards (leading), while the other is synthesised backwards discontinuously (lagging) to couple synthesis to the unwinding of duplex DNA. Eukaryotic cells possess many diverse polymerases that coordinate to replicate DNA, with the three main replicative polymerases being Pol α, Pol δ and Pol ε. Studies conducted in yeasts and human cells utilising mutant polymerases that incorporate molecular signatures into nascent DNA implicate Pol ε in leading strand synthesis and Pol α and Pol δ in lagging strand replication. Recent structural insights have revealed how the spatial organization of these enzymes around the core helicase facilitates their strand-specific roles. However, various challenging situations during replication require flexibility in the usage of these enzymes, such as during replication initiation or encounters with replication-blocking adducts. This review summarises the roles of the replicative polymerases in bulk DNA replication and explores their flexible and dynamic deployment to complete genome replication. We also examine how polymerase usage patterns can inform our understanding of global replication dynamics by revealing replication fork directionality to identify regions of replication initiation and termination.