Столкновения белковых машин приводят к сходу репликации ДНК с рельсов

Новые результаты навсегда изменят представления учёных о взаимодействии между экспрессией генов, репликацией ДНК и предотвращением повреждений ДНК.

Повреждения ДНК, если их не контролировать, могут привести ко многим проблемам, включая рак. Исследователи из Ноттингемского университета, финансируемые BBSRC и Wellcome Trust, показали, что процесс репликации ещё более рискованный, чем считалось ранее. Новые данные опубликованы 24 февраля в журнале Nature.

Ведущий исследователь Панос Султанас, профессор биологической химии, сравнивает ДНК с двунаправленной железной дорогой, по которой движутся два типа «поездов»:

• Большой и быстрый поезд — реплисома ДНК, которая копирует ДНК при подготовке клетки к делению.
• Маленький и медленный поезд — РНК-полимераза, которая занимается экспрессией генов.

Столкновения между этими белковыми комплексами, движущимися по нити ДНК, могут быть катастрофическими. Особенно уязвимы участки ДНК с высокой активностью.

Новое открытие: Ранее считалось, что серьёзные повреждения ДНК вызывают только лобовые столкновения (когда комплексы движутся навстречу друг другу). Однако новое исследование показывает, что столкновения при движении в одном направлении могут быть не менее опасными. Это усугубляет проблему на активно используемых участках генома.

Профессор Султанас поясняет: «Мы думали, что если быстрый и медленный поезда движутся в одном направлении, то быстрый просто замедляется и следует за медленным. Наше исследование показывает, что это не так — они сталкиваются, вызывая серьёзный «сход с рельсов».»

Когда реплисома сходит с ДНК, на помощь приходят белки рестарта репликации, чтобы вернуть её обратно. Хотя это позволяет продолжить копирование, процесс повышает риск ошибок, особенно если белки рестарта работают со сбоями. Такие ошибки могут привести, например, к генетическим сбоям, провоцирующим развитие рака.

Профессор Султанас о ситуации на «загруженных участках»: «Когда на пути много медленных поездов, быстрый поезд сталкивается с огромным препятствием. Любой сбой при прохождении этих зон может легко привести к значительным ошибкам. Поэтому механизмы рестарта репликации жизненно важны для точного копирования генетического материала.»

Профессор Дуглас Келл, глава BBSRC, отмечает: «Это захватывающее достижение. Взаимодействие экспрессии генов, репликации ДНК и предотвращения повреждений — один из ключевых принципов биологии. Данный результат может повлиять на исследования во всём портфеле BBSRC и за его пределами.»