Abstract The cohesin complex tethers sister chromatids together from the moment they are generated in S-phase until their separation in anaphase 1,2 . This fundamental phenomenon, called sister chromatid cohesion, underpins orderly chromosome segregation. The replisome complex coordinates cohesion establishment with replication of parental DNA 3 . Cohesion can be established by cohesin complexes bound to DNA before replication 4,5 , but how replisome interaction with pre-loaded cohesin complexes results in cohesion is not known. Prevailing models suggest cohesion is established by replisome passage through the cohesin ring or by transfer of cohesin behind the replication fork by replisome components 5 . Unexpectedly, by visualising single replication forks colliding with pre-loaded cohesin complexes, we find that cohesin is pushed by the replisome to where a converging replisome is met. Whilst the converging replisomes are removed during DNA replication termination, cohesin remains on nascent DNA. We demonstrate that these cohesin molecules tether the newly replicated sister DNAs together. Our results support a new model where sister chromatid cohesion is established during DNA replication termination, providing important insight into the molecular mechanism of cohesion establishment.

The DNA double helix is unwound by the Cdc45/Mcm2-7/GINS (CMG) complex at the eukaryotic replication fork. While isolated CMG unwinds duplex DNA very slowly, its fork unwinding rate is stimulated by an order of magnitude by single-stranded DNA binding protein, RPA. However, the molecular mechanism by which RPA enhances CMG helicase activity remained elusive. Here, we demonstrate that engagement of CMG with parental double-stranded DNA (dsDNA) at the replication fork impairs its helicase activity, explaining the slow DNA unwinding by isolated CMG. Using single-molecule and ensemble biochemistry, we show that binding of RPA to the excluded DNA strand prevents duplex engagement by the helicase and speeds up CMG-mediated DNA unwinding. When stalled due to dsDNA interaction, DNA rezipping-induced helicase backtracking re-establishes productive helicase-fork engagement underscoring the significance of plasticity in helicase action. Together, our results elucidate the dynamics of CMG at the replication fork and reveal how other replisome components can mediate proper DNA engagement by the replicative helicase to achieve efficient fork progression.