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來自古老生物的啟示：你知道古菌是如何簡化DNA複製的嗎？
在生物學的分支領域中，DNA複製的過程一直吸引著研究者的注意。研究古菌的DNA複製機制，揭示了宇宙生命最深根的運作方式。古菌中的一種關鍵複合體，稱為起始識別複合體（ORC），在此過程中發揮著至關重要的作用。這個複合體由六個亞基組成，分別是ORC1到ORC6，並且在所有真核生物和古菌中，ORC具有ATP依賴性的DNA結合特性。
“ORC不僅僅是DNA複製的開端，它本身還在細胞週期中保持與染色質的連結。”
在真核生物中，ORC扮演了指導DNA整個複製過程的重要角色，並且在細胞週期的各個階段均與染色體上複製的起始點保持結合。這一複合體是組裝前複製複合體（pre-RC）的基礎，負責招募其他相關的蛋白質如Cdc6、Cdt1以及Mcm2-Mcm7，確保在G1期的前複製複合體組裝在DNA合成前得到授權。
在這一過程中，細胞週期調控的蛋白激酶對於多種蛋白質，如Orc2和Orc6的磷酸化，起到了重要的調節作用，這不僅確保了DNA複製的啟動，還阻止了在G2/M期的重新啟動。
“ORC在全細胞週期內維持結合於複製起始點，但僅在有絲分裂末期和早期G1期間活躍。”
古菌的簡化機制
與複雜的真核生物ORC不同，古菌展現出了一種更為簡單的MCM複合體。古菌通常利用六個相同的亞基來形成MCM，而不需要使用六種不同的亞基。這一差異使得古菌能夠以不同的方式進行DNA的複製，某些蛋白質同時承擔起Cdc6和Orc1的功能，因此在複製起始上，古菌很可能會以不同的方式對待起始序列。
例如，Sulfolobus islandicus有一種Cdt1同源物質，專門用來識別其複製起始點。這顯示了古菌在DNA複製上的某些靈活性及其進化過程中的多樣性。
自主複製序列（ARS）
在分裂酵母中，自主複製序列（ARS）是ORC成功運作的基石。這些大約100至200bp的序列能夠在S期促進活動。值得注意的是，ARS可被放置在任何新的染色體位置，並能夠促進從這些位置的複製。尤其是11bp的高度保守序列（稱為A元素）被認為是分裂酵母中來源功能的關鍵。
而在動物細胞中，ARS的版本更加隱蔽，迄今為止並未發現保守序列。這裡的複製起始點會聚在一起形成複製體叢集，每個叢集中的複製來源長度相似但之間存在差異，並且都能同時在S期活化。
前複製複合體的組裝角色
ORC是將MCM複合體加載到DNA上所必須的。這一過程依賴於ORC、Noc3、Cdc6和Cdt1這幾個蛋白的協同作用。當ORC和其夥伴形成在起始DNA上的複合體後，新的ORC/Noc3/Cdc6複合體會招募Cdt1/Mcm2-7分子，進一步形成大的複合體以完成DNA的加載。
“Cdc6的磷酸化活性依賴於ORC和起始DNA，這最終導致Cdt1的穩定性降低，從而使Mcm2-7加載到DNA上。”
來源結合活動
儘管ORC由六個不同的亞基組成，但在實驗室研究中發現ORC1是最為關鍵的。ORC1的功能在於與ATP互動，進而和重要的基本殘基結合，以保證ORC能夠忠實地結合到起始DNA上。
所有這些事件在複製開始之前就已經發生。當Mcm2-7首次進入時，會完全圍繞DNA，而在這一過程中，解旋酶的作用被抑制。隨後，在S期，Mcm2-7與解旋酶輔助因子Cdc45和GINS相互作用以展開單一DNA鏈，並開始沿著染色體複製的過程。
結語
古菌如何簡化DNA複製的過程，不僅揭示了生命的進化歷程，同時也為我們理解生命的基本機制提供了新的見解。古代生物的這些特徵是否將影響未來生物技術的發展和生物學的其他領域呢？
