S期
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S期への進行はG1期のR点（制限点）によって制御されており、適切な栄養素と成長シグナルが存在している場合には、細胞は細胞周期の残りの期間の進行に従事する[2]。この移行は本質的には不可逆的で、R点を通過した後は環境条件が不都合なものとなってもS期への進行が行われる[2]。
したがって、S期への進行は迅速で一方向的な細胞状態の遷移を促進する分子経路によって制御されている。例えば酵母では、細胞成長によってCln3サイクリンの蓄積が誘導され、Cln3はサイクリン依存性キナーゼ（CDK）Cdc28と複合体を形成する[3]。Cln3-Cdc28複合体は転写のリプレッサーWhi5を不活性化することによってS期遺伝子の転写を促進する[3]。S期遺伝子のアップレギュレーションによってWhi5はさらに抑制され、S期遺伝子の十分な発現を行うポジティブフィードバックループが形成される[3]。
哺乳類の細胞でもきわめて類似した調節経路が存在する[3]。G1期を通じて分裂促進因子のシグナルによってサイクリンDが徐々に蓄積し、サイクリンDはCDK4/6と複合体を形成する[3]。活性型となったサイクリンD-CDK4/6複合体は転写因子E2Fの解離を促進し、S期遺伝子の発現が開始される[3]。E2Fによって調節されるS期遺伝子の一部によってE2Fの解離がさらに促進され、酵母のものと類似したポジティブフィードバックループが形成される[3]。
DNA複製
M期とG1期を通じて、ゲノム中に存在する複製起点で不活性型の複製前複合体（pre-RC）が組み立てられる。S期の間、細胞はpre-RCを活性型の複製フォークに変換し、DNA複製を開始する。この過程はCdc7やさまざまなS期CDKのキナーゼ活性に依存しており、これらはS期の開始ともにアップレギュレーションされる[4]。
Pre-RCの活性化は緊密に調節された逐次的過程である。Cdc7とS期CDKがそれぞれの基質をリン酸化した後、2番目のセットとなる複製因子がpre-RCに結合する。安定な結合によってMCMヘリカーゼの活性が促進され、DNAの短い領域が2つの一本鎖DNAへと巻き戻される。そこへ一本鎖DNA結合タンパク質の複製タンパク質A（RPA）がリクルートされる。RPAのリクルート後、複製フォークのプライミング、複製を行うDNAポリメラーゼとPCNAスライディングクランプのローディングが行われる[4]。これらの因子のローディングによって複製フォークの活性化が完了し、新たなDNA合成が開始される。
複製フォークの組み立ての完了と活性化は、複製起点の一部でしか起こらない。真核生物は、DNA複製の1サイクルに厳密に必要とされる数よりも多くの複製起点を有している[5]。この複製起点の冗長性はDNA複製過程の柔軟性を増大させ、DNA合成速度の調節や複製ストレスへの応答を可能にしている[5]。
ヒストンの合成
新たに合成されたDNAが適切に機能するためにはヌクレオソームを形成する必要があり、そのため典型的な（ヒストン・バリアントではない）ヒストンタンパク質の合成がDNA複製とともに行われる。S期の初期に、サイクリンE-CDK2複合体はヒストン遺伝子の転写のコアクチベーターであるNPATをリン酸化する[6]。NPATはリン酸化によって活性化され、Tip60クロマチンリモデリング複合体をヒストン遺伝子のプロモーターへリクルートする[6]。Tip60の活性によって転写阻害的なクロマチン構造が除去され、転写率は3倍から10倍増加する[1][6]。
ヒストン遺伝子の転写の増大に加えて、ヒストンの産生はRNAレベルでも調節される。典型的ヒストンの転写産物は、ポリアデニル化テールが付加される代わりに、3'末端にステムループモチーフを持っており、そこへステムループ結合タンパク質（SLBP）が選択的に結合する[7]。SLBPはヒストンmRNAの効率的なプロセシング、核外輸送、翻訳に必要であり、極めて感受性の高い生化学的な「スイッチ」として機能する[7]。S期の間、SLBPの蓄積はNPATとともにヒストンの産生効率を劇的に上昇させる[7]。しかしS期が終結すると、SLBPとその結合RNAの双方が速やかに分解される[8]。これによってヒストン産生は即座に休止し、有害な遊離ヒストンの蓄積が防止される[9]。
- ^ a b David, Morgan (2007). The cell cycle : principles of control. Oxford University Press. ISBN 978-0199206100. OCLC 813540567
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- 1 S期とは
- 2 S期の概要
- 3 ヌクレオソームの複製
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