Как белки-"корректоры" ДНК находят и исправляют ошибки

Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл выяснили, как два важных белка-корректора находят ошибки при репликации ДНК и взаимодействуют, чтобы запустить механизм репарации.

При подготовке к делению двойная спираль ДНК "расстегивается", и на каждой цепи синтезируется новая комплементарная цепь. Нуклеотиды (аденин, цитозин, гуанин, тимин) обычно спариваются правильно (A с T, C с G), но примерно в одном случае из миллиона происходит ошибка — несоответствие (мисматч).

За обнаружение и исправление таких ошибок отвечают два белка — MutS и MutL. MutS движется вдоль вновь синтезированной цепи ДНК, выполняя роль корректора. Обнаружив мисматч, он фиксируется на месте ошибки и привлекает MutL. MutL делает разрыв (ник) в новой цепи ДНК, помечая её как дефектную, и сигнализирует другому белку удалить ошибочный участок. Затем синтез повторяется. Этот процесс снижает количество ошибок репликации примерно в тысячу раз и является ключевой защитой от генетических мутаций, включая те, что могут привести к раку.

"Мы знаем всех участников процесса, но некоторые ключевые механизмы оставались непонятными", — говорит Кит Венингер, соавтор исследования. Например, репарация затрагивает только новую цепь ДНК, а не старую матричную. Белки "знают", в каком направлении двигаться по цепи, чтобы удалить дефектный участок. В этом участвует сигнал различения цепей, в котором важную роль играет белок PCNA. Он располагается в месте расхождения цепей ДНК, и его ориентация указывает, какая цепь новая.

Существовало три гипотезы о том, как MutS и MutL взаимодействуют с этим сигналом:

1. Они формируют зажим, который скользит к PCNA.
2. Они "подтягивают" PCNA к себе, изгибая ДНК.
3. MutL каким-то образом покрывает дефектный участок, сигнализируя о репарации.

Используя методы одномолекулярной флуоресценции, позволяющие наблюдать за движением отдельных белков на одной молекуле ДНК, учёные установили, что верна третья модель. Когда MutS находит ошибку, он меняет форму, позволяя MutL связаться с ним на месте мисматча. Затем MutL меняет свою форму, чтобы "схватить" другой MutL, и так далее, формируя покрытие на дефектном участке цепи и создавая разрыв для репарации.

"Эта система необходима для стабильности генома. Наша работа заполняет один из промежуточных шагов, который был совершенно неизвестен и сильно отличается от того, что некоторые представляли", — говорит Венингер.

"Мы также знаем, что мутации в MutS и MutL связаны с определёнными видами рака. Но чтобы понять, как дефекты приводят к болезни, сначала нужно выяснить, как эти белки работают в норме. Это исследование — ещё один шаг к такому пониманию".