Helmichs Biologie-Lexikon

DnaA-Protein

Das DnaA-Protein ist ein Protein, das bei der Initiation der DNA-Replikation bei Escherichia coli und anderen Bakterien eine entscheidende Rolle spielt. In der Fachliteratur wird DnaA auch als Replikationsinitiations-Faktor bezeichnet.

Die ersten Schritt der Initiation der DNA-Replikation bei E. coli
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Auf diesem Bild sehen wir eine Darstellung der oriC-Region von Escherichia coli [1]. Der oriC-Bereich (Replikations-Ursprung) umfasst ca. 250 Nucleotide. Die mit R bezeichneten Regionen (R-Boxen) sind "starke" Bindungsstellen für die DnaA-Proteine. Hier kann ein DnaA-Protein auch dann andocken, wenn es nicht durch ATP aktiviert wurde. Die mit I bezeichneten Regionen (I-Boxen) sind ebenfalls Bindungsstellen für DnaA-Proteine, allerdings nur "schwache" Bindungsstellen. DnaA bindet an die I-Boxen nur dann, wenn es sich zuvor mit ATP verbunden hat.

Die Bindung von DnaA an diese Regionen im Replikationsursprung führt dazu, dass sich die DNA "verbiegt". Wenn dann weitere DnaA-Moleküle dazukommen, die dann an andere Stellen von oriC andocken, bildet sich schließlich ein Komplex aus 20 bis 30 DnaA-Molekülen, um den sich die DNA-Doppelhelix dann schraubenförmig windet. Dadurch entstehen Torsionsspannungen in der DNA, die schließlich zum Öffnen des DNA-Doppelstrangs in der DUE-Region (dna unwinding element) führt [1].

Das DnaA-Molekül
Quelle: engl. Wikipedia, Artikel "DnaA", Autor(en): Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute, Lizenz: public domain.

Die DnaA-Synthese der Bakterienzelle startet sofort nach der Zellteilung. Dann nimmt die DnaA-Konzentration mit der Zeit immer mehr zu. Das DnaA-Molekül besteht aus vier Domänen. Die erste Domäne am NH2-Ende des Proteins bindet regulatorische Proteine, die zweite und die vierte Domäne verbinden sich mit der DNA, und die dritte Domäne bindet ein ATP-Molekül [3].

Die Domäne IV eines DnaA-Moleküls bindet an die DNA-Doppelhelix
Quelle: engl. Wikipedia, Artikel "DnaA", Autor(en): Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute, Lizenz: public domain.

Das Gen für das DnaA-Protein sitzt bei den verschiedenen Bakterienarten an unterschiedlichen Stellen. Bei E. coli beispielsweise befindet es sich ca. 44.000 Basenpaare von oriC entfernt. Bei anderen Bakterienarten wie Bacillus subtilis liegt das DnaA-Gen mitten in den 2.150 Basenpaaren der oriC-Region [2].

Interessant ist hier, dass dieses Gen einen Promotor hat, an den sich nicht ein Repressor- oder Aktivatorprotein setzen kann, sondern das DnaA-Protein selbst. Dadurch wird die Synthese weiterer DnaA-Proteine gehemmt [3]. Es handelt sich also um eine direkte Endprodukt-Hemmung, das Endprodukt selbst hemmt seine eigene Synthese.

Quellen:

  1. Nelson, Cox: LEHNINGER Principles of Biochemistry. Macmillan Learning, New York 2021.
  2. Jochen Graw: Genetik, 7. Auflage, Springer Spektrum, Berlin 2021.
  3. engl. Wikipedia, Artikel "DnaA".