Виявлено новий механізм на шляху реагування на пошкодження ДНК

шляху

Розрахована структура нуклеосомних петель ДНК, які тимчасово утворюються під час транскрипції хроматину, що містить інтактну ДНК, РНК-полімеразою II (Pol II). За наявності одноцепочечного розриву ДНК петльова структура, ймовірно, змінюється, перешкоджаючи обертанню РНК-полімерази вздовж спіралі ДНК (помаранчева стрілка). [Надія С. Герасимова та ін.]

Пошкодження ДНК часто виникає як побічний продукт нормальних клітинних метаболічних функцій. На щастя, клітини розробили безліч механізмів для надзвичайно ефективного видалення пошкодженої ДНК, оскільки відхилені шляхи відновлення були тісно пов’язані з різними захворюваннями, особливо раком. Одне з конкретних пошкоджень ДНК, яке відбувається найчастіше, полягає в тому, що фосфатний зв’язок на ланцюзі ДНК, який пов’язує дві сусідні основи нуклеотидів, розривається - процес, який вчені називають розривом одиночного набору.

Зараз спільна група дослідників виявила новий механізм, який клітини використовують для корекції SSBs під час транскрипції через хроматин. Розуміння даних цього дослідження є критично важливим, оскільки неремонтовані SSBs є основною загрозою для геномної стабільності і можуть різко перешкоджати транскрипції, реплікації та репарації ДНК.

“У вищих організмів ДНК зв’язується з білками в комплексах, які називаються нуклеосомами. Кожні приблизно 200 пар основ організовані в нуклеосоми, що складаються з восьми білків гістонів, які, подібно нитці на бобіні, намотують подвійну спіраль ДНК, яка згортається у дві перекручені петлі. Частина поверхні спіралі ДНК прихована, оскільки вона взаємодіє з гістонами. Весь наш геном упакований таким чином, за винятком областей, з яких в даний час зчитується інформація », - пояснив старший автор Василь Студицький, к.т.н., завідувач лабораторії регулювання транскрипції та реплікації МДУ ім. Ломоносова.

Результати цього дослідження були опубліковані нещодавно в Science Advances у статті під назвою «Структура транскрибованого хроматину є датчиком пошкодження ДНК».

Щільна упаковка ДНК дозволяє клітині вмістити всю молекулу, яка в сервалі в рази довша, ніж довжина клітини, в межах своїх мембранних обмежень. Однак процес намотування та упаковки надзвичайно ускладнює механізми відновлення ДНК для доступу до пошкоджених ниток. Слідчих цікавило, як клітинам вдається відновлювати цю секвестровану ДНК, особливо під час транскрипції.

Дослідники спостерігали in vitro, використовуючи фермент РНК-полімерази разом з ДНК, упакованою в нуклеосоми, що полімераза відчувала SSB після того, як вона транскрибувалась у перерві, зупиняючи її прогресування вперед - сигнал, що зазвичай підхоплюється клітиною, що сигналізує про пошкодження ДНК елементи реагування, які слід набрати до місця стійла полімерази.

«Ми ще не в клітині, але in vitro показали, що відновлення розривів іншого ланцюга ДНК, який« прихований »в нуклеосомі, все ще можливий. Згідно з нашою гіпотезою, це відбувається внаслідок утворення в нуклеосомі особливих маленьких петель ДНК, хоча зазвичай ДНК дуже щільно раниться навколо гістонової котушки ”, - заявив д-р Студицький. «Петлі утворюються, коли ДНК згортається назад на нуклеосому разом з полімеразою. РНК-полімераза може «повзати» вздовж петель ДНК майже так само добре, як і на ділянках ДНК, що не містять гістонів, але коли вона зупиняється поблизу місць розриву ДНК, вона «панікує», викликаючи каскад реакцій, щоб розпочати «ремонт» ДНК.

Аналіз розривів ДНК в різних положеннях на нитках in vitro дозволив дослідникам припустити, що зупинка РНК-полімерази була спричинена утворенням петлі, яка блокує рух ферменту - механізму, раніше нехарактерного для ДНК нуклеосом.

«З точки зору прикладної науки, відкриття нового механізму репарації обіцяє нові перспективні методи профілактики та лікування захворювань. Ми показали, що утворення петель, які зупиняють полімеразу, залежить від її контактів з гістонами. Якщо зробити їх більш надійними, це збільшить ефективність утворення петель і ймовірність ремонту, що, в свою чергу, зменшить ризик захворювання. Якщо ці контакти дестабілізовані, то, використовуючи спеціальні методи доставки ліків, ви можете запрограмувати загибель уражених клітин », - підсумував доктор Студицький.