Réplisome bactérien

À l’avant du réplisome d’E. coli, la protéine hexamérique DnaB entoure un brin d’ADN. Cette hélicase utilise l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour séparer l’ADN duplex en deux brins filles en translocant 5′ à 3′ le long du brin à l’intérieur de son pore central. Les protéines de liaison à l’ADN (SSB) à un seul brin enrobent chaque brin pour éliminer les structures secondaires de l’ADN qui entraveraient la réplication. L’ADN polymérase (Pol) III, un complexe protéique sur chaque brin fille, utilise ensuite cet ADN simple brin comme modèle pour synthétiser un brin complémentaire. Pol III a une haute fidélité, avec un taux d’erreur d’environ une mutation pour chaque 10-5 à 10-6 bases répliquées. Cependant, si Pol III incorpore par erreur un nucléotide incorrect, une relecture de l’exonucléase 3′ à 5′ au sein de la polymérase élimine le nucléotide incorrect. La pince β, un cycle dimérique (panneau C), attache Pol III à l’ADN et assure que la polymérase reste attachée à l’ADN (i.e., il confère une processivité élevée à Pol III) (Kong et al., 1992). Le chargeur de pinces multiprotéines utilise l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour ouvrir le dimère de pinces β et le fermer ensuite autour de l’ADN modèle. Les sous-unités τ du chargeur à pince contiennent des extensions à leurs extrémités C-terminales qui organisent le réplisome en liant simultanément Pol III et DnaB.

La structure antiparallèle des brins d’ADN nécessite qu’un brin (c’est-à-dire le brin en retard) soit synthétisé en une série de morceaux de 1 à 2 kilobases, appelés fragments d’Okazaki (panneau D). Pour créer des fragments d’Okazaki, Pol III se transloque le long de l’ADN dans la direction opposée du complexe Pol III sur le brin principal et l’ensemble du réplisome au niveau de la fourche de réplication (c’est-à-dire la progression de la fourche) (Kornberg et Baker, 1992). Ceci crée une boucle d’ADN entre la pince β sur le brin en retard et l’hélicase en tête de fourche de réplication (panneau D, étape 1). Ensuite, la DnaG primase catalyse la synthèse d’un fragment d’ARN court, appelé amorce d’ARN, près de la fourche de réplication (panel D, étape 2) (Frick et Richardson, 2001). Le chargeur de pince assemble ensuite une nouvelle pince β autour de l’amorce d’ARN (panneau D, étape 3). Lorsque Pol III sur le brin en retard achève (ou presque) la synthèse du fragment d’Okazaki, Pol III libère la pince et la boucle s’effondre (panneau D, étape 4). Ce complexe Pol III s’associe alors à la nouvelle pince β sur l’amorce d’ARN en amont et commence la synthèse du fragment Okazaki suivant. Lorsque ce nouvel Okazaki est terminé, Pol I remplace les amorces d’ARN par de l’ADN et une ligase joint les fragments en une chaîne continue d’ADN. Ce cycle en quatre étapes est appelé modèle de réplication « trombone » car la boucle d’ADN qui se forme dans la première étape ressemble à la lame d’un trombone (Sinha et al., 1980).