ORC

细胞生物学中的起始识别复合物

真核生物利用一个有六个亚基的DNA结合复合体（起始识别复合体，即ORC）来启动DNA复制。

释义

起始识别复合物（Origin Recognition complex，ORC）

人们最早在酵母菌中发现，认为ORC是启动DNA复制的关键因子，是真核细胞DNA复制的起始蛋白。随着研究的深入，越来越多的组织、细胞中发现了ORC，并在细胞周期和细胞增殖中具有重要的作用。近年来，在人类不同组织(如肺、甲状腺、小肠黏膜、结肠黏膜、睾丸、肾、脾、心等)也发现了ORC不同的亚单位和蛋白表达。最新发现认为细胞周期是由ORC来调控的。

（1）ORC的结构和组成

ORC由6个不同的亚单位组成，即ORC1、ORC2、ORC3、ORC4、ORC5和ORC6，它们最初是在酵母菌中发现，以ATP依赖形式结合在DNA复制起始点上，该起始点由含11 对保守序列的碱基和有关的其他元件组成。后来其同源复合体被发现存在于所有的真核生物中。人类ORC也由6 个亚单位(ORC1 ～6 )组成。其中最小的亚单位为ORC6，最大的亚单位为ORC1。人类ORC1的丰度呈现细胞周期特异性波动(被称为ORC1周期)，而ORC2 ～5 在整个细胞周期中保持稳定。

（2）ORC与细胞周期

细胞周期有严格的顺序，可分为4个时相： G1期(细胞生长期) 、S期(DNA合成和复制) 、G2期(DNA合成后期) 、M期(染色体分裂期)。一般说来，多数哺乳动物细胞完成细胞周期所需的时间为10～30 h。对真核生物而言，细胞周期是由1 个母细胞分裂结束后形成的细胞至其下一次再分裂结束形成2个子细胞的过程，这一过程中的任何缺陷都将导致染色体变异，使遗传信息丢失、DNA 分子发生重排或非平均地分配至子代细胞中。

许多事实证明，ORC是真核DNA 复制的起始子。在启动DNA 复制之前，ORC 与染色体上的DNA启动位点结合，与其他起始因子如CDC6 ( cyc2lin dependent cyclin 6)和MCM (minichromosome maintenance)蛋白结合，形成复制前复合物(prereplication complex，pre2RC)，后者使G0期的细胞进入G1期，并向S 期转化。尽管染色质上的DNA 和MCM浓度增加与ORC1增加是平行的，但当ORC1降解后，结合在染色质的MCM 仍处于高水平，p re2RC发生结构改变并与启动因子分离，且随ORC2DNA而改变。真核细胞的染色体上存在着多个启动位点，但这些启动位点均需要与有活性的ORC结合才能进入细胞周期循环。

所有ORC亚基保持在细胞核内，ORC2在细胞周期的各个阶段持续进行磷酸化修饰，而ORC1仅在有丝分裂期发生高度磷酸化。另有研究发现，ORC1在M期也存在磷酸化改变，但这种修饰的意义还不太清楚。近来的一些研究提示，ORC2、ORC3、ORC4和ORC5能形成核心复合物，而ORC1和ORC6不进入这个核心。进一步研究显示，蛋白酶体特异性抑制剂MG132能使低水平的ORC1迅速增加，提示ORC1 周期性的降解是由遍在蛋白226S蛋白体途径介导的。ORC1属于DNA合成期( S期)特异性的遍在蛋白，ORC1的浓度与细胞周期变化密切相关。ORC1 与ORC2 ～5 细胞核内迅速结合或解离，严格影响着细胞周期进程。如果人类ORC的结构和功能完整性是DNA 复制所必需的，那么ORC1便是调节活性的关键基团，而ORC2～5则为结构基因。

Tatsumi等采用人类ORC1 ～5 特异性抗体，通过B rdurd阳性细胞计数、FACS模式分析以及细胞周期蛋白A 和E含量(为细胞周期转化的标记物)测定，发现HelaS3细胞裂解物的细胞周期蛋白E的浓度与Brdurd阳性细胞数目密切相关。细胞周期蛋白A的浓度在S期增加，而ORC1从G1早期处于基线水平，在G1/S移行期达峰值，比基础水平高10倍。然后又从S～G2期开始下降，而ORC2～5的浓度在整个过程中保持稳定。通过共聚焦显微镜观察还发现，在HelaS3细胞核以小斑点信号存在，每个细胞内的斑点数目与细胞周期B rdurd阳性染色部位密切相关。ORC1信号与Brdurd信号无重叠现象，提示ORC1不出现DNA合成场所。用阿菲迪霉素、羟基脲或胸腺嘧啶脱氧核苷处理后的处于S早期的细胞，其ORC1的浓度同样非常低，一旦诱导剂被阻断，处于S早期的细胞又会开始合成DNA，但无ORC1增加。因此，ORC1 与细胞周期进程密切相关，是启动细胞周期从G0期进入G1 /S期必不可少的因子。ORC1与细胞迅速降解或清除能有效预防细胞周期的再次启动。

（3）ORC与细胞增殖

在真核生物细胞增殖调控中，G1期是启动细胞周期循环的关键，其中存在两个关键的细胞周期检验点。一个是存在于酵母中DNA合成开始前的启动点，另一个是高等真核生物G1 /S期的限制点( restriction point，R)。参与细胞增殖调控的分子有：细胞周期蛋白( cyclin) 、细胞周期蛋白依赖激酶( cyclin dependent kinase，CDK) 、磷酸化酶和细胞周期依赖性激酶抑制剂( cyclin depentent kinase inhibi2tor，CD I) [ 9 ]。具有增殖潜能的真核细胞，其增殖过程受细胞周期的调控。ORC参与细胞增殖过程，即DNA的复制是由起始复制点(origins of rep lication)开始的。起始复制点也就是自主复制序列，散布在染色体上，在整个细胞周期中，起始复制点上结合有ORC复合体，后者的作用就像一个停泊点，供其他调节因子停靠。CDC6是其中的一个调节因子，在G1期CDC6含量瞬间提高，CDC6结合在ORC上，在ATP供能下，促进6个亚单位构成的MCM复合体和其他一些蛋白结合至ORC上，形成pre2RC，使细胞周期与增殖不断进行，完成生命活动。

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