|
Открыли новую модель глобального восстановления ДНК
|
|
|
|
Два исследования дают радикально новую картину того, как бактериальные клетки постоянно восстанавливают поврежденные участки (повреждения) в своей ДНК. Под руководством исследователей из Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете работа вращается вокруг деликатных молекул ДНК, которые уязвимы для повреждения реактивными побочными продуктами клеточного метаболизма, токсинами и ультрафиолетовым светом. Учитывая, что поврежденная ДНК может привести к пагубным изменениям кода ДНК (мутациям) и смерти, клетки эволюционировали, чтобы иметь механизмы восстановления ДНК. Однако главный нерешенный вопрос в этой области заключается в том, как эти механизмы быстро отыскивают и обнаруживают редкие участки повреждений среди «огромных полей» неповрежденной ДНК, сообщает Phys.
|
|
|
|
Прошлые исследования показали, что один из важных поисковых механизмов - репарация, связанная с транскрипцией, или TCR, - основан на РНК-полимеразе, большой белковой машине (комплексе), которая перемещается вниз по цепи ДНК, считывая код «букв» ДНК по мере того, как он транскрибирует инструкции в РНК. молекулы, которые затем направляют построение белка. Однако при переходе к текущему исследованию механизм TCR был неправильно понят, говорят авторы исследования.
|
|
|
Широко признанная работа, в том числе исследования, которые привели к Нобелевской премии 2015 года, утверждали, что TCR играет относительно небольшую роль в восстановлении, поскольку он основан на предполагаемом факторе TCR, который вносит лишь незначительный вклад в восстановление ДНК. Предполагалось, что параллельный процесс, глобальная репарация генома (GGR), сканирует и исправляет большую часть ДНК независимо от транскрипции. Считалось, что оба процесса закладывают основу для эксцизионной репарации нуклеотидов (NER), при которой поврежденный участок ДНК вырезается и заменяется точной копией.
|
|
|
|
Теперь два новых исследования, опубликованные 30 марта в журналах Nature и Nature Communications, пришли к единому мнению, основанному на первом в своем роде многоэтапном анализе репарации ДНК в живых клетках E. coli, что большинство, если не все, NER связаны с в сочетании с РНК-полимеразой, которая сканирует весь генетический код бактерий на наличие повреждений.
|
|
|
|
«Основываясь на наших результатах, нам необходимо переосмыслить некоторые из основных теорий в области репарации ДНК», - говорит старший автор исследования Евгений Нудлер, доктор философии, профессор Джули Уилсон Андерсон, факультет биохимии и молекулярной фармакологии, NYU Langone Health. . «Истинное понимание такого восстановления является фундаментальной целью в медицине, поскольку большинство антибиотиков и химиотерапевтических средств убивают болезнетворные клетки, повреждая их ДНК, а способность останавливать восстановление сделает такие клетки гораздо более уязвимыми для существующих лекарств», - добавляет Нудлер. также исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.
|
|
|
|
Конвейер обнаружения
|
|
|
|
Прошлые исследования не могли полностью отразить биологическую реальность NER у бактерий, говорят нынешние авторы, потому что они использовали эксперименты, которые пытались воссоздать сложные белковые взаимодействия вне живых клеток. Это привело, например, к тому, что ученые определили белок, называемый Mfd, как центральный игрок в TCR, даже несмотря на то, что было обнаружено, что большая часть репарации ДНК происходит независимо от присутствия Mfd. Это, в свою очередь, предполагает, что TCR является второстепенным путем восстановления. Также считалось, что TCR происходит только в тех областях ДНК, которые сильно транскрибируются. Считалось, что редко транскрибируемые участки генома или части генома, считающиеся «нетранскрибируемыми», подвержены GGR.
|
|
|
|
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature, использовалась новаторская технология, называемая сшивающей масс-спектрометрией (XLMS), для картирования расстояний между химически связанными белками и, таким образом, впервые для определения взаимодействующих поверхностей массивных комплексов NER и полимеразы, когда они собираются в живых клетках. Затем команда ввела данные спектрометрии в компьютерное моделирование, в результате чего были созданы реалистичные структурные модели. Вопреки общепринятой догме исследование показало, что РНК-полимераза служит каркасом для сборки всего комплекса NER и первичным датчиком повреждений ДНК. Выяснилось, что основные ферменты НЭР UvrA и UvrB не локализуют большинство повреждений сами по себе, а доставляются к ним с помощью РНК-полимеразы. Этот фундаментальный процесс TCR не зависит от Mfd, говорят авторы.
|
|
|
|
Во втором исследовании, опубликованном в Nature Communications, снова на живых клетках использовалась технология высокопроизводительного секвенирования, называемая CPD-seq, для отслеживания появления повреждений ДНК при воздействии УФ-света и скорости восстановления с разрешением до одного буква (нуклеотид) в коде ДНК. CPD-seq показал, что вмешательство в бактериальную транскрипцию с помощью антибиотика рифампицина останавливает репарацию во всем бактериальном геноме. Результаты исследования утверждают, что NER тесно связан с транскрипцией повсюду в бактериальной хромосоме, инфраструктуре ДНК, в которой находятся все гены.
|
|
|
|
Еще один увлекательный скачок: эксперименты показали, что бактериальные клетки, перед лицом повреждения ДНК, подавляют действие белка Rho, глобального терминирующего сигнала, который сообщает РНК-полимеразе прекратить считывание. Когда стоп-сигналы были сняты, РНК-полимеразы считывали все дальше и дальше, доставляя восстанавливающие ферменты к повреждениям ДНК в любом месте генома. «Учитывая наши результаты, мы предполагаем, что эукариоты, включая клетки человека, также используют РНК-полимеразу для эффективного восстановления во всем мире, поскольку описанные здесь бактериальные комплексы TCR имеют аналоги человека», - говорит соавтор исследования Nature Бинод Бхарати, доктор философии. ., докторант в лаборатории Нудлера. «Двигаясь вперед, наша команда планирует подтвердить наличие глобального TCR в клетках человека и, если это подтвердится, изучить, можно ли в будущем безопасно увеличить восстановление для борьбы с болезнями старения».
|
|
|
|
Источник
|
