Белок Dps защищает ДНК бактерий, не блокируя работу генов

Бактерии, такие как Escherichia coli (E. coli), в условиях стресса (например, голодания) резко увеличивают выработку белка Dps. Этот белок уплотняет бактериальную ДНК в кристаллоподобный комплекс, защищая её от повреждений. Однако механизм работы Dps оставался неясным.

Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, показывает уникальные свойства этого белка.

Уплотнение без "запирания" рецептов

В клетках высших организмов (растений и животных) уплотнение участков ДНК обычно делает их неактивными — гены не считываются. Учётые ожидали увидеть аналогичный эффект в бактериях при уплотнении ДНК с помощью Dps.

Однако эксперименты показали неожиданный результат: уплотнение ДНК белком Dps не влияет на экспрессию генов. Фермент РНК-полимераза (RNAP) одинаково эффективно связывается с ДНК и считывает гены, независимо от того, уплотнена ДНК или нет.

«Бактерии отличаются от высших организмов, потому что их "рецепты" [гены] всё ещё можно прочитать, даже когда они находятся в "рецептной коробке" [уплотнённом состоянии]», — говорит Энн Мейер.

Защита с сохранением функциональности

Исследователи обнаружили, что, пока RNAP сохраняет полный доступ к уплотнённой ДНК, другие белки, способные разрезать и повреждать ДНК, оказываются полностью заблокированы.

Таким образом, основная роль Dps, по-видимому, заключается в селективной защите: он конденсирует ДНК, чтобы уберечь её от разрывов и мутаций в стрессовых условиях, при этом позволяя бактерии продолжать экспрессию генов, необходимых для выживания.

Защитное действие Dps усиливается его локальными эффектами при связывании с ДНК, например, способностью нейтрализовать железо (Fe), которое может вызывать обширные повреждения ДНК.

Перспективы для медицины

Понимание механизма работы Dps открывает пути для создания более целенаправленных антибиотиков.

«Многие патогенные бактерии... полагаются на Dps для выживания в организме хозяина. Наше исследование показывает, что если вы хотите воздействовать на Dps, вам нужно напрямую блокировать его связывание с ДНК или окисление железа», — отмечает Мейер.

Кроме того, эта работа потенциально может привести к новым терапиям, в которых Dps или его аналоги использовались бы как щит для защиты человеческой ДНК в условиях высокого стресса, например, при повышенном уровне радиации.