Nucleic Acids Research: Ученые открыли ключевые этапы восстановления ДНК

Изучая социальную мобильность в современных промышленно развитых странах, исследователи обычно опираются на данные Всемирного экономического форума или Общего социального обследования в США. Но изучение тех же явлений в прошлых веках — задача более сложная, поскольку соответствующую статистику получить труднее.

Исследователи из Токийского столичного университета изучали восстановление ДНК путем гомологичной рекомбинации, когда белок RecA восстанавливает разрывы в двухцепочечной ДНК, встраивая висящий конец одноцепочечной нити в неповрежденную двойную нить и восстанавливая разрыв на основе неповрежденной последовательности. Они обнаружили, что RecA находит, куда вставить одноцепочечную нить в двойную спираль, не разматывая ее ни на один оборот. Полученные ими результаты сулят новые направления в исследовании рака.

Гомологичная рекомбинация (HR) — это повсеместный биохимический процесс, общий для всех живых существ, включая животных, растения, грибы и бактерии. В повседневной жизни наша ДНК подвергается всевозможным внешним и внутренним стрессам, некоторые из которых могут привести к разрыву обеих нитей двойной спирали. Это может стать катастрофой и привести к неминуемой гибели клетки. К счастью, такие процессы, как HR, постоянно восстанавливают эти повреждения.

Во время HR один из двух открытых концов разрыва спирали отпадает, обнажая одноцепочечный конец; это называется резекцией. Затем белок, известный как RecA (или его аналог), связывается с обнаженным одноцепочечным концом и неповрежденной двухцепочечной нитью рядом. Далее белок «ищет» такую же последовательность. Когда он находит нужное место, он рекомбинирует одиночную нить в двойную спираль в процессе, известном как вторжение нитей. Впоследствии разорванная нить ДНК восстанавливается, используя существующую ДНК в качестве шаблона. HR обеспечивает точное восстановление двунитевых разрывов, а также обмен генетической информацией, что делает его ключевой частью биоразнообразия. Однако точная биохимическая картина HR, включая то, что происходит, когда RecA переносит как одинарную, так и двойную нить, пока не ясна.

Группа под руководством профессора Коуджи Хирота из Токийского столичного университета изучает механизмы репарации ДНК, подобные HR. В своей последней работе они попытались проверить две конкурирующие модели того, что происходит, когда возникает HR. В одной из них RecA разматывает участок двойной нити во время «поиска гомологии», когда она пытается найти подходящее место для вторжения нити. Во втором случае после связывания RecA не происходит никакого разматывания; только когда происходит вторжение нити, происходит разматывание.

В сотрудничестве с командой из Токийского столичного института медицинских наук группа исследователей применила два подхода, чтобы выяснить, что из этого происходит на самом деле. В первом случае они использовали мутант RecA, который не может разделять двойные нити, то есть не может разматывать нить, чтобы проверить, влияет ли это на репарацию ДНК. Оказалось, что это оказывает минимальное влияние. Во втором случае они попытались измерить, насколько сильно скручивается нить на разных этапах процесса. Они обнаружили, что единственное скручивание, которое можно было обнаружить в результате раскручивания, происходило после завершения поиска гомологии, то есть когда происходило вторжение в нить. Впервые команда наглядно показала, что вторая модель верна.

Детальное изучение гомологичной рекомбинации жизненно важно для понимания того, что происходит, когда что-то идет не так. Например, факторы, связанные с раком груди (BRCA1 и BRCA2), также отвечают за правильную загрузку одноцепочечной ДНК на RAD51, человеческую версию RecA. Это позволяет предположить, что проблемы с HR могут лежать в основе высокой заболеваемости раком молочной железы у пациентов с наследственными дефектами BRCA1 или BRCA2. Команда надеется, что подобные находки приведут к новым направлениям исследований рака.

21.01.2024