8.17 : Restarting Stalled Replication Forks

Während sie eine Replikationsgabel stoppt, stoppt die DNA-Polymerase die Synthese der entstehenden DNA, aber die Helikase wickelt die doppelsträngige DNA für eine kurze Zeit weiter ab, bevor sie dissoziiert. Als nächstes bindet und schützt das Replikationsprotein A (RPA) diese überschüssige einzelsträngige DNA an der blockierten Gabel.

Die RPA-beschichtete einzelsträngige DNA rekrutiert dann den Rad9-Rad1-Hus1 oder "9-1-1"-Komplex, der wiederum die Bindung von ATR ermöglicht. Die ATR-Bindung löst die Phosphorylierung von Chk1 aus und Chk1 phosphoryliert wiederum die Phosphatase Cdc25. Die Phosphorylierung bedeutet, dass Cdc25 keine weiteren Phosphate aus dem Zellzyklusregulatorprotein Cdk1 aufnehmen kann - Cdk1 bleibt also inaktiv und der Zellzyklus wird pausiert.

Bevor die Reparatur beginnt, ersetzt ein Rekombinationsprotein namens Rad51 RPA auf der einzelsträngigen DNA. Um die Gabelumkehr einzuleiten, lädt Rad51 dann ein Enzym namens SMARCAL1 auf die DNA, das wie eine Annealing-Helikase wirkt, um die beiden neu synthetisierten Stränge zu verschieben und zusammenzukleben und eine Vier-Wege-Verbindung zu bilden, die einem Hühnerfuß ähnelt. Dieser Prozess wird als Fork-Regression bezeichnet.

Es gibt zwei Möglichkeiten, eine Fork-Regression aufzulösen. Im ersten Fall stabilisiert BRCA2 das Rad51-Nukleofilament zwischen den Zehen des Hühnerfußes und schützt die umgebaute Gabel vor dem Abbau durch Nukleasen. Nun kann der entstehende nachkragende Strang als Schablone für die Verlängerung des führenden Strangs dienen und so die Läsionen am Elternstrang umgehen.

Schließlich kehrt SMARCAL1 die Regressionsgabel um, indem die übergeordneten Stränge neu geglüht werden. Hier verbleibt die Läsion im Elternstrang, aber der Template-Schalter ermöglicht es, dass die replizierte DNA intakt bleibt.

Die zweite Möglichkeit, die Gabelregression aufzulösen, erfolgt in Abwesenheit von BRCA2, und hier wird der vierpolige "Hühnerfuß"-Übergang durch die strukturspezifische Endonuklease Mus81 gespalten, die mit einer Junction-Endonuklease, Mms4, komplexiert ist. Die Spaltung erzeugt doppelsträngige Brüche, die durch homologe Rekombination repariert werden können.