Биотехнологи раскрыли механизм репарации ДНК

Прочитано: 95 раз(а)


Новое исследование дополняет появляющуюся, радикально новую картину того, как бактериальные клетки постоянно восстанавливают дефектные участки своей ДНК.

Опубликованный в Интернете 16 мая в журнале Cell отчет описывает молекулярный механизм , лежащий в основе пути восстановления ДНК, который противостоит ошибочному включению определенного типа молекулярного строительного блока, рибонуклеотидов, в генетические коды. Такие ошибки часты в процессе копирования кода у бактерий и других организмов. Учитывая, что неправильное включение рибонуклеотидов может привести к пагубным изменениям кода ДНК (мутациям) и разрывам ДНК, все организмы эволюционировали, чтобы иметь путь репарации ДНК, называемый эксцизионной репарацией рибонуклеотидов (RER), который быстро исправляет такие ошибки.

В прошлом году команда под руководством Евгения Нудлера, доктора философии, профессора Джули Уилсон Андерсон на кафедре биохимии и молекулярной фармакологии NYU Langone Health, опубликовала два анализа репарации ДНК в живых клетках E. coli. Они обнаружили, что большая часть восстановления определенных типов повреждений ДНК (объемных повреждений), например, вызванных УФ-облучением, может происходить из-за того, что поврежденные участки кода были впервые идентифицированы белковой машиной, называемой РНК — полимеразой. РНК-полимераза перемещается по цепочке ДНК, считывая код «букв» ДНК, транскрибируя инструкции в молекулы РНК, которые затем направляют построение белка.

Нудлер и его коллеги обнаружили, что во время этого процесса транскрипции РНК-полимераза также находит повреждения ДНК, а затем служит платформой для сборки машины восстановления ДНК, называемой комплексом эксцизионной репарации нуклеотидов (NER). Затем NER вырезает найденную ошибочную ДНК и заменяет ее точной копией. Без действия РНК-полимеразы в живых бактериях почти не возникает NER.

Теперь новое исследование в Cell предоставляет первые доказательства того, что, как и в пути NER, RER тесно связан с транскрипцией. Авторы исследования обнаружили доказательства того, что ключевой фермент, участвующий в RER, RNaseHII, также сотрудничает с РНК-полимеразой, поскольку она сканирует неправильно включенные рибонуклеотиды в цепи ДНК живых бактериальных клеток.

«Наши результаты продолжают вдохновлять на переосмысление некоторых основных принципов в области репарации ДНК», — говорит Нудлер, также исследователь из Медицинского института Говарда Хьюза. «Двигаясь вперед, наша команда планирует выяснить, сканирует ли РНК-полимераза ДНК на наличие всевозможных проблем и запускает репарацию всего генома не только в бактериях, но и в клетках человека».

Передовые технологии

Рибонуклеотиды (строительные блоки РНК) и дезоксирибонуклеотиды (компоненты ДНК) являются родственными соединениями. По словам авторов исследования, когда клетки копируют и строят цепи ДНК в бактериальных клетках, они часто ошибочно включают рибонуклеотиды в цепи ДНК вместо дезоксирибонуклеотидов, потому что они отличаются только одним атомом кислорода. Известно, что в бактериальных клетках ДНК-полимераза III совершает около 2000 таких ошибок каждый раз, когда копирует генетический материал клетки. Чтобы сохранить целостность генома, большая часть неуместных рибонуклеотидов удаляется путем RER, но ключевой вопрос заключался в том, как RNaseHII так быстро находит относительно редкие рибонуклеотидные повреждения среди «океана» неповрежденных кодов клеточной ДНК.

Как и в своих исследованиях 2022 года, исследователи использовали количественную масс-спектрометрию и межбелковые перекрестные связи in vivo для картирования расстояний между химически связанными белками и таким образом определили ключевые поверхности РНКазы HII и РНК-полимеразы при их взаимодействии в живых бактериальных клетках . Таким образом они определили, что большинство молекул РНКазы HII соединяется с РНК-полимеразой.

Кроме того, они использовали криогенную электронную микроскопию (CryoEM) для захвата структур высокого разрешения RNaseHII, связанных с РНК-полимеразой, чтобы выявить белок -белковые взаимодействия, которые определяют комплекс RER. Кроме того, структурно-ориентированные генетические эксперименты, которые ослабили взаимодействие РНК-полимеразы/РНКазы HII, скомпрометировали RER.

«Эта работа поддерживает модель, в которой RNaseHII сканирует ДНК на наличие неуместных рибонуклеотидов, управляя РНК-полимеразой, пока она движется вдоль ДНК», — говорит первый автор исследования Житай Хао, научный сотрудник лаборатории Нудлера. «Эта работа жизненно важна для нашего базового понимания процесса восстановления ДНК и имеет далеко идущие клинические последствия».

Биотехнологи раскрыли механизм репарации ДНК



Новости партнеров