The activation of arylsulfatases

人类线粒体基因组是一个 16569 bp 的双链环状 DNA，编码 2 种 rRNA、22 种 tRNA 和 13 种蛋白质。根据变性氯化铯梯度中的密度，可以区分重链（H）和轻链（L）。线粒体 DNA 复制被认为有两种基本机制：（1）双链非同步 DNA 复制（也称为链置换 DNA 复制），其中 H 链合成的起始显著早于 L 链的合成，且每个起始都位于特定的复制原点，（2）双链同步 DNA 复制（也称为链耦合 DNA 复制），其中 H 链和 L 链的合成起始同时发生，并由基因组中分布的短 RNA 引物启动。这两种合成类型均可能在线粒体中进行，合成类型的选择可能取决于 DNA 解旋酶 TWINKLE（TWNK, PEO1）和 RNA 转录本（Cluett et al. 2018）的丰度。双链非同步模型存在时间更长且特征更完整（Uhler and Falkenberg 2021, Kosar et al. 2021）。关于基因组内存在 RNA 引物的证据也存在一些疑问（Brown et al. 2005）。在非同步机制中，H 链首先在复制原点（OriH）处聚合，该原点位于 L 链启动子（LSP）附近，LSP 启动 L 链的转录，同时合成与 H 链序列相对应的 RNA 作为产物（Kang et al. 1997, Agaronyan et al. 2015, 综述 Kasiviswanathan et al. 2012）。转录延伸因子 TEFM 作为转录 L 链整个和合成 H 链短引物的开关（Agaronyan et al. 2015）。线粒体 RNA 聚合酶 POLRMT 在 LSP 启动 H 链的合成，通过聚合约 120 个核苷酸的短 RNA，该 RNA 从 LSP 延伸至保守序列块 2（CSB2）（Chang and Clayton 1985, Pham et al. 2006）。RNA 的 3' 端位于 G-四链体二级结构中，使 3'羟基对 DNA 合成引物化不可达，并产生持久的 R 环（Xu and Clayton 1996, Wanrooij et al. 2010, Wanrooij et al. 2012）。RNASEH1 切割 RNA-DNA 双链中的 RNA，创建可被 3'羟基的位点（Posse et al. 2019, Misic et al. 2022）。DNA 解旋酶 TWINKLE（TWNK, PEO1）和线粒体 DNA 聚合酶 POLgamma（由 POLG 和两个 POLG2 亚基组成的复合物）结合 OriH 区域（Jemt et al. 2011, Jemt et al. 2015, Korhonen et al. 2004）。TWNK 以六聚体环的形式结合 DNA，水解 ATP 以解离双链 DNA（Jemt et al. 2011, Jemt et al. 2015, Kaur et al. 2020, Kaur et al. 2021, 综述 Peter and Falkenberg 2020），在 POLgamma 之前。POLgamma 使用 OriH 处 RNA 的 3'羟基开始聚合新生 H 链（Johnson et al. 2000, Korhonen et al. 2004, Wanrooij et al. 2008, Plaza-G A et al. 2023）。随着聚合的进行，亲代 H 链被置换并结合单链结合蛋白 1（SSBP1）（Miralles Fusté et al. 2014, Kaur et al. 2018, Plaza-G A et al. 2023）。也有证据表明，被置换的 H 链上结合着长 RNA（“靴带”模型，Reyes et al. 2013）。H 链的合成继续直到 POLgamma 越过 L 链复制原点（OriL），约在 16569 bp 基因组的两分之一处。OriL 变为单链并假设一个二级环结构，该结构结合 POLRMT，该酶合成一个短 RNA，作为 DNA 合成的引物（Wanrooij et al. 2008, Fusté et al. 2010, Sarfallah et al. 2021）。值得注意的是，OriL 对于小鼠的线粒体维持是必需的，证据表明双链非同步复制机制是必需的（Wanrooij et al. 2012）。当 POLgamma 接近完成 H 和 L 链的合成时，它围绕圆形基因组移动并到达 RNA 引物的 5'端。RNASEH1 切割新生 H 和 L 链引物中的除两个核苷酸外的所有核糖核苷酸（Ruhanen et al. 2011, Al-Behadili et al. 2018, 综述 Uhler and Falkenberg 2015）。H 和 L 链的后续处理略有不同。H 链的 5'端似乎形成了一个 flap 结构，该 flap 被 MGME1 移除（Uhler et al. 2016）。L 链 5'端类似的 flap 结构由另一个核酸酶移除（Al-Behadili et al. 2018），该酶基于体外证据可能是 EXOG（Wu et al. 2019, Karlowicz et al. 2022）。H 和 L 链之间的剩余缺口由线粒体同工型连接酶 III（LIG3-1）连接（Ruhanen et al. 2011）。最终形成的两个双链线粒体基因组仍通过单链相互缠绕，这些单链由拓扑异构酶 3A（TOP3A）解决（Nicholls et al. 2018）。