Post-licensing Specification of Eukaryotic Replication Origins by Facilitated Mcm2-7 Sliding along DNA

Abstract

Summary Eukaryotic genomes are replicated from many origin sites that are licensed by the loading of the replicative DNA helicase, Mcm2-7. How eukaryotic origin positions are specified remains elusive. Here we show that, contrary to the bacterial paradigm, eukaryotic replication origins are not irrevocably defined by selection of the helicase loading site, but can shift in position after helicase loading. Using purified proteins we show that DNA translocases, including RNA polymerase, can push budding yeast Mcm2-7 double hexamers along DNA. Displaced Mcm2-7 double hexamers support DNA replication initiation distal to the loading site in vitro. Similarly, in yeast cells that are defective for transcription termination, collisions with RNA polymerase induce a redistribution of Mcm2-7 complexes along the chromosomes, resulting in a corresponding shift in DNA replication initiation sites. These results reveal a eukaryotic origin specification mechanism that departs from the classical replicon model, helping eukaryotic cells to negotiate transcription-replication conflict.

DNA replication origins—where do we begin?

“…However, a large fraction of ORC-binding sites does not overlap with SNS-detected origins (Miotto et al 2016), suggesting an uncoupling of replication initiation from the site of ORC binding. Recent in vitro and in vivo experiments in yeast suggest that transcription can slide the Mcm2-7 complex and displace the site of initiation (Gros et al 2015). Transcription has also been shown to shape the distribution of the Mcm2-7 complex in a metazoan (Powell et al 2015).…”

From structure to mechanism—understanding initiation of DNA replication

“…DH loading is also termed as prereplication complex (pre-RC) formation or DNA licensing. The large MCM2-7 DH is devoid of ATP hydrolysis ) and DNA-unwinding activities (Evrin et al 2009;Remus et al 2009) but can slide on dsDNA in an ATP hydrolysis-independent manner (Evrin et al 2009;Remus et al 2009) to distribute DHs to non-origin-containing regions (Gros et al 2015).…”

Comment l’approche génomique aide à comprendre le processus d’initiation de la réplication

“…Différents laboratoires ont ainsi montré que, localement, l'activité transcriptionnelle pouvait influer sur les zones d'initiation de la réplication [3,[24][25][26][27]. L'activité d'une origine de réplication serait en effet réduite si la région est transcrite et la position du site d'initiation affectée par le passage de la polymérase de l'ARN [24][25][26][27][28]. Remus et ses collaborateurs (Institut Sloan Kettering, New York, États-Unis) ont élégamment confirmé ces observations en montrant, dans un système in vitro, que le passage de la polymérase de l'ARN mobilise le complexe MCM sur un brin de l'ADN, de sorte que l'initiation de la réplication se fait alors non plus au niveau du site ORC, mais dans la région de terminaison de la transcription [28].…”

“…L'activité d'une origine de réplication serait en effet réduite si la région est transcrite et la position du site d'initiation affectée par le passage de la polymérase de l'ARN [24][25][26][27][28]. Remus et ses collaborateurs (Institut Sloan Kettering, New York, États-Unis) ont élégamment confirmé ces observations en montrant, dans un système in vitro, que le passage de la polymérase de l'ARN mobilise le complexe MCM sur un brin de l'ADN, de sorte que l'initiation de la réplication se fait alors non plus au niveau du site ORC, mais dans la région de terminaison de la transcription [28]. Un tel phénomène pourrait expliquer la flexibilité du processus d'initiation de la réplication avec des sites ORC situés à distance des zones d'initiation de la réplication.…”