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コンカテマーは、同じDNA配列の複数のコピーが直列に連結された長い連続DNA分子です。これらのポリマー分子は通常、ゲノム全体のコピーが端から端まで連結され、cos部位（ゲノムの各コピーに1回ずつ存在するタンパク質結合ヌクレオチド配列）によって区切られています。コンカテマーは、ローリングサークル複製の結果であることが多く、細菌のファージ感染の後期段階で見られることがあります。例として、ファージDNAの遺伝子がABCの順序で配置されている場合、コンカテマーでは遺伝子はABCABCABCABCなどとなります（遺伝子CとAの間で合成が開始されたと仮定）。これらはさらにリボザイムによって切断されます。[ 1 ]
活発な感染中、一部のウイルス種は連結体の形成によって遺伝物質を複製することが示されている。[ 2 ]ヒトヘルペスウイルス6の場合、そのゲノム全体が1本の鎖上で何度も繰り返される。これらの長い連結体は、ゲノムが個々のビリオンにパッケージ化される際に、リボザイムによってpac-1領域とpac-2領域の間で切断される。
バクテリオファージT4の複製DNAをトリチウム標識チミジンで標識し、オートラジオグラフィーで調べた。[ 3 ] 観察されたDNA複製中間体には、ローリングサークル複製によって生じたと考えられる環状および分岐環状の連結構造が含まれていた。
合成オリゴヌクレオチドからコンカテマーを組み立てる際、塩濃度を200 mMに上げるとイオン強度が高まり、コンカテマーの形成が促進されるため、これが主要な最適化要因であることがわかった。[ 4 ]
ローリングサークル複製に加えて、多くのDNAウイルスは組換え依存性複製を利用してコンカテマーを生成する。このメカニズムでは、複製は複数の部位で開始され、続いて鎖侵入と相同組換えが起こり、複製フォークが結合して長いタンデムリピートが生成される。一部のウイルスは、ゲノム末端で複数の連続した再開始イベントを開始し、重複した複製ラウンドにつながり、結果としてコンカテマーが形成される。[ 5 ]
コンカテマーは、特に未解決の場合、ゲノムの不安定性や再編成を引き起こす可能性があります。タンデム重複、不均等な交差、挿入/欠失などが起こる可能性があります。時間の経過とともに、コンカテマーは新たなタンデムリピート配列やサテライトDNAのシードとなり、ウイルスにおいては、コンカテマーの長さの変動が遺伝的多様性を促進する可能性があります。
酵母S. cerevisiaeでは、コンカテマーはDNAのパッケージング過程において不可欠な部分である。これは、酵母S. cerevisiae細胞で行われた実験によって分かっている。[ 6 ]
コンカテマーが形成される方法は、ローリングサークル複製と交差の2つがある。[ 6 ]
-Mhr1は酵母のミトコンドリアDNAのローリングサークル複製を開始するタンパク質である。[ 6 ]
-CCE1は、クロスオーバーを助けるタンパク質です。[ 6 ]
-Mhr1遺伝子が過剰発現するとコンカテマーが増え、変異によって破壊されるとコンカテマーが減る。[ 6 ]
-MHR1遺伝子とCCE1遺伝子の両方が突然変異によって破壊されると、コンカテマーは形成されず、細胞にはミトコンドリアDNAが存在しない。[ 6 ]コンカテマーがなければミトコンドリアDNAは形成されない。これは、コンカテマーがミトコンドリアDNAに必要であることを証明している。
コンカテマーが形成される方法の1つは、ローリングサークル複製によるものです。ローリングサークル複製では、DNAの外側の鎖が複製起点で切断されます。その鎖は相補鎖から剥がされます。完全に剥がされると、DNAレプリカーゼはヌクレオチドを内側の鎖に結合させて、剥がされた鎖を置き換えます。鎖が完全に剥がされると、DNAレプリカーゼはヌクレオチドを結合させて相補鎖を持つことができます。このプロセスの後、相補鎖を持つ2本のDNA鎖が存在します。[ 7 ]
