1 真核生物基因组的复制在2种水平受到控制：基因组复制与细胞分裂

1.1 复制必须与细胞的分裂周期相互协调，以便基因组的2份拷贝在细胞分裂时已经准备完毕。

1.2 复制过程在某些条件下会暂停，如DNA受到损伤必须进行及时修复，以避免将突变传递给下一代。

可将细胞周期划分为5个时期：G0、G1、S、G2、M。

G0期：静止期

G1期：合成前期

S期：合成期

G2期：分裂前期

M期：有丝分裂期

显然S期与M期的协调非常重要，基因组要完全复制一次，而且必须在有丝分裂出现之前。紧接在S期与M期之前的时期被认为是关键控制点，常被称为细胞分裂关卡（cell cycle checkpoint)。这里的两个关卡，一个是由G2期进入M期，另一个是由G1期进入S期。如果涉及控制细胞周期的基因突变或是细胞经受了诸如DNA损伤等事件，细胞分裂便会在这2个关卡停留。

2 前复制复合物的形成标志基因复制的开始

S期的起始时间的控制是由前复制复合物（Pre-replication complexes,Pre-Rc)在复制起始点的组装决定的。随着复制的进行，这些Pre-Rc复合物转变为后复制复合物(Post-Rc)。Post-Rc复合物不能独自起始复制。在有丝分出现之前Post-Rc复合物阻止基因组的一下轮拷贝。在在酵母自主复制序列（autonomously replicating sequence，ARS)有4个亚功能域，其中共中央个（A域和B1）由起始识别序列（origin recognition sequence)组成，是起始识别复合物(origin recognition complex ,ORC)的结合位点。ORC由6个蛋白质组成的复合物，在细胞周期的所有阶段都在复制起始点位置，它是Pre-Rc复合物组装的平台（landing pad)。

有3种蛋白质参与Pre-Rc复合物的组装。

2.1 第一个是Cdc6p（Cdc,cell division cycle细胞分裂周期）。酵母Cdc6p在G2期结束时合成，随着细胞进入有丝分裂期（M期），一直与染色质结合直到G1早期。在复制开始（S期开始）即G1末期，细胞中Cdc6p消失。2组实验，即Cdc6p基因突变以及Cdc6p基因过量表达都可在缺少有丝分裂时使基因组多次复制。这是Cdc6p与酵母之间存在直接的相互作用的系列化证据。

2.2 第二个参与Pre-Rc复合物组装的成员 称为复制资格因子（replication litensing factors, RLF)。RLF与染色质的结合从M末期开始直到S期开始前，随着DNA复制的起始RLF逐渐离开DNA。RLF与染色质的结合似乎涉及到与Cdc6p之间的某种互作，这种互作的本质仍不清楚，也不了解是否RLF与ORC直接结合或者以更普遍的方式包裹在DNA上。

2.3 第三个参与Pre-Rc复全物组装的成员已在果蝇、爪蟾和人类等动物细胞中发现，命名为Cdt1,Cdt1蛋白与另一个DNA起始复制抑制因子geminin结合阻止Pre-Rc复合物的组装。

3 Pre-Rc复合物组装的调节

    Pre-Rc复合物的鉴别拉近了我们了解基因组如何起始复制的距离，但仍留下了有关复制如何与细胞周期循环中其他事件协调的问题。细胞周期的控制是一个非常复杂的过程，主要由蛋白质激酶介导。这些蛋白质激酶可使其他在细胞分裂中起专门作用的酶或蛋白质磷酸化，而活化。激酶在整个细胞周期中都存在于细胞核中，它们自身也服从于其他方面的调控。一种控制来自细胞周期蛋白（cyclin)，它们在细胞周期的不同阶段丰度变化很大。细胞周期蛋白与依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶（cylcin -dependent protein kinase, CDK)组成有丝分裂促进因子(mitosis-promoting factor,MPF)异源二聚体，或S期促进因子（S phase-promoting factor,SPF)，MPF是所有真核细胞中调控有丝分裂起始的关键因子。CDK通过磷酸化使下游靶蛋白激活，引起一个级联促使细胞活性的改变。另一种控制来自激活CDK的蛋白质激酶，第三种控制在于抑制蛋白。

    3.1 cyclin的调节

现已获得许多细胞周期蛋白，它们与DNA复制的激活以及复制后阻止Pre-Rc复合物的重新组装有关。有丝分裂细胞周期蛋白是控制这地过程的主要成员之一，它们的功能是激活有丝分裂，但不抑制DNA复制。当这些细胞周期蛋白的效应因抑制其活性的蛋白质过量表达时，细胞不仅不能进入M期，还可继续重复地进行DNA复制。

    此外已发现许多S期专一性细胞周期蛋白，如酵母的C1b5p和c1b6p，它们的失活可推迟或阻止DNA复制。

另一些有些分裂细胞周期蛋白在G2期激活，但在基因复制后及细胞分裂前阻止Pre-Rc复合物的组装。

    3.2 CDK的调节

DNA复制不仅受控于cyclin，而且还受控于依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶(CDK)。CDK只在与cyclin结合时才具有催化活性，通过使下游蛋白质的磷酸化调控细胞的分裂过程。CDK有正反二种效应，即促使细胞从G1期进入S期，也可抑止G2期细胞的DNA获得复制资格。在G2和M期，CDK可使复制起始因子Cdc6/18和MCM家族成员磷酸化，从而导致后者降解失活或使其离开细胞核。

    目前研究资料表明，Pre-Rc复合物的组装过程大致如下：

1、当细胞有丝分裂结束并进入G1期时，起始因子Cdc6和Cdt1逐渐在细胞中积累聚合，在CDK的作用下Cdc6和Cdt1与ORC结合

2、Cdc6和Cdt1与ORC结合为MCM的装配提供了平台，MCM与染色体的结合是控制DNA复制的关键，表明DNA开始获得复制资格，细胞进入S期；

3、Cdc6和Cdt1脱离Pre-Rc复合物，S期细胞表达的geminin与Cdt1结合阻止已经复制的DNA重新“点火”（refiring)，同时依赖细胞周期蛋白的蛋白激酶作用于Cdc6,使其离开细胞核并降解，DNA复制起始。

     S期中的细胞周期关卡：当细胞进入S期后，依赖细胞周期蛋白质激酶开始参与S期关卡的调控。复制叉上的蛋白遇到损伤的DNA投身中功能不明的多聚酶ε，可能是发出DNA损伤信号的候选者。对这些信号作出响应的调节酶可以控制通常在S期晚期激活的复制起点的“点火”

    多细胞生物中，单个细胞因DNA损伤而引起死亡不会对个体造成很大危险，但DNA受伤后仍断续复制将引起突变积累，最终可致肿瘤发生。为了避免这类事件的发生，真核细胞有一套机制可临测基因组是否受到损伤。在进入S期和M期之前，为了确保安全，细胞将对内部的状态进行检测，只有通过这一关卡，基因组才被允许复制。这些关卡可阻止发生损害的DNA传递给子代细胞。不能通过去1处或多处关卡检测的细胞将停止周期的进行，直到DNA被修复，或者被迫进入程序性死亡或凋亡。哺乳动物中，指导细胞周期暂停或凋亡的核心成员为p53蛋白。当P53蛋白发生缺陷时，带有损伤的基因组可逃避细胞周期关卡的监测，引起增生变为癌细胞。P53是顺序专一性DNA结合蛋白，它可激活许多直接负责停止细胞周期进行和凋亡的基因，也抑制其他具有相反作用的基因表达。另一个可能在关卡检测中起调控作用的蛋白为人类ATM基因产物，当它突变时将产生共济失调毛细血管扩张（ataxia telangiectasia)，这是与DNA修复缺陷有关的疾病之一。