Неожиданная белковая структура связывает бактерии, вирусы и эукариоты в управлении ДНК
Исследование бактериальных клеточных компонентов неожиданно выявило особенность, имеющую значение для многих форм жизни, открывая путь для разнообразных исследований и биотехнологических и медицинских применений.
Исследователи из группы профессора Тунга Ле в Центре Джона Иннеса в сотрудничестве с доктором Антуаном Хочером из Кембриджского университета изучали ключевой белок ParB, который помогает бактериям разделять реплицированные или «сестринские» хромосомы — жизненно важный этап деления клетки.
Белок ParB действует как молекулярный зажим, который захватывает и скользит вдоль ДНК; таким образом множество белков ParB накапливаются на ДНК, чтобы помочь развести реплицированные хромосомы к каждой новой «дочерней» клетке.
Шесть лет назад в этой области произошла революция с открытием, что ParB связывает и расщепляет небольшой нуклеотид CTP, чтобы переключаться между открытой и закрытой формами зажима, что идентифицировало ParB как первый известный CTP-зависимый молекулярный переключатель.
Это новое исследование, возглавляемое Центром Джона Иннеса, основано на этом открытии. Масштабный анализ показал, что структурная особенность, обеспечивающая связывание CTP, известная как ParB-CTPase fold, распространена гораздо шире, чем считалось ранее.
Комбинируя биоинформатику и биохимию, ученые показали, что эта структура широко представлена у многих форм жизни помимо бактерий, включая архей, эукариот и вирусы.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, также показывает, что эта структура универсальна — она связывает не только CTP, но и другие распространенные нуклеотиды, включая ATP и GTP. Были обнаружены первые примеры GTP-связывающих ParB-подобных белков.
Эта универсальность указывает на ранее нераспознанные биологические функции и может открыть множество возможностей для открытий в этой области.
Со-первый и со-ответственный автор, доктор Йована Кальевич из Центра Джона Иннеса, сказала: «Было невероятно интересно увидеть, как единая белковая структура, долго изучавшаяся у бактерий, связывает огромный спектр белков, найденных во всех доменах жизни. Это показывает, что эволюция неоднократно использовала одну и ту же молекулярную архитектуру для совершенно различных функций. Это открытие закладывает основу для новой области, исследующей эволюцию, механизм и функции ParB-подобных белков во всех доменах жизни».
Доктор Кирилл Суховерков, со-первый автор, добавил, что следующим шагом для исследователей станет расширение сравнительных, биохимических и структурных анализов, чтобы определить последовательности и структурные особенности, которые предсказывают, предпочитает ли конкретная ParB-CTPase fold CTP, ATP, GTP или другие малые молекулы.
В более широком смысле это исследование также может привести к новым представлениям о генетической регуляции, биотехнологическим применениям и новым стратегиям борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам — одной из основных угроз здоровью человека в XXI веке.