Улучшенное понимание белкового комплекса проливает свет на механизм инициации репликации ДНК
Более четкое понимание структуры комплекса распознавания начала репликации (ORC) — белкового комплекса, направляющего репликацию ДНК, — полученное с помощью его кристаллической структуры, дает новое представление о фундаментальных механизмах инициации репликации ДНК. Это также поможет понять, как работа ORC может нарушаться у части пациентов с синдромом Мейера-Горлина, одной из форм карликовости у людей.
ORC — это шестисубъединичный белковый комплекс, который непосредственно связывается с ДНК для рекрутирования других белковых факторов, участвующих в репликации ДНК. Исследователи собрали данные на источнике продвинутых фотонов (APS), пользовательском объекте Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории, чтобы получить первую картину этого комплекса с атомарным разрешением.
Структура показывает, что основное тело ORC состоит из пяти субъединиц, содержащих общий домен, встречающийся в белках, связывающих АТФ — небольшую молекулу, которую клетки используют как топливо. Одна из крупнейших субъединиц, ORC3, имеет структурный элемент, выступающий из ядра ORC для контакта с ORC6, согласно статье «Кристаллическая структура эукариотического комплекса распознавания начала репликации», опубликованной на прошлой неделе в Nature.
«Кристаллическая структура объясняет, почему мутация в ORC6, связанная с синдромом Мейера-Горлина у части пациентов, приводит к дефектному связыванию этой субъединицы с ORC3», — сказала Франциска Бляйхерт, ведущий автор статьи. «Структура также позволяет сделать конкретные прогнозы о том, как различные белковые субъединицы ORC могут взаимодействовать с ДНК в центральном канале ORC и с другими факторами инициации репликации».
Исследовательская группа с удивлением обнаружила, что область субъединицы ORC1, которая, как известно из биохимических данных, взаимодействует со сходной областью ORC4, не делала этого в полученной структуре. Фактически, эта область в ORC1 блокирует вход в центральный канал и предотвращает связывание ДНК. Это явление предполагает, что ORC у многоклеточных организмов может принимать ранее непредвиденное инактивированное состояние, которое, вероятно, важно для регуляции его активности и предотвращения несоответствующей репликации ДНК.
Доступ исследователей к APS был важен. «Мощный рентгеновский луч на APS и гибкие технологии сбора данных на лучевых линиях GM/CA — в частности, возможности микрофокуса и растрирования кристаллов — были критически важны для получения высококачественных наборов данных, которые позволили нам определить структуру», — сказала Бляйхерт.
Исследование иллюстрирует важность понимания роли белков в репликации ДНК — важнейшем клеточном процессе, который должен быть строго регулируемым. Когда происходят отклонения в репликации ДНК, клетки могут получить фрагментированную ДНК, что может привести к гибели клеток и таким заболеваниям, как рак.
Авторами статьи являются Бляйхерт и Джеймс Бергер из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса, а также Майкл Ботчан из Калифорнийского университета в Беркли.
Для исследования использовалась лучевая линия APS 23-ID-B.
Лучевая линия GM/CA в APS финансируется Национальным институтом общих медицинских наук и Национальным институтом рака Национальных институтов здравоохранения. Дополнительное финансирование поступило от стипендии Института фундаментальных исследований в науке Миллера Калифорнийского университета в Беркли.