Учёные раскрыли роль белка, критически важного для активации репликации ДНК

Учёные из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) обнаружили, как белок DDK (Ddf4-dependent protein kinase), давно известный как важный активатор репликации ДНК, на самом деле запускает этот процесс в клетках.

DDK — это фермент, который присоединяет фосфатные молекулы к другим белкам, изменяя их активность (процесс фосфорилирования). Команда CSHL выяснила, что DDK фосфорилирует белок Mcm4 в специфическом домене, который действует как встроенный «тормоз», предотвращающий расплетение двойной спирали ДНК. Фосфорилирование DDK снимает этот тормоз, тем самым инициируя репликацию расплетённых цепей ДНК.

«Поскольку DDK часто дерегулирован при раковых заболеваниях у человека, это новое понимание его роли в репликации ДНК может помочь в разработке новых методов терапии рака», — объясняет президент CSHL Брюс Стиллман, доктор философии, соавтор исследования. Отчёт был опубликован в Nature 7 января.

В многоклеточных организмах удвоение ДНК в хромосомах начинается в нескольких сайтах, называемых точками начала репликации (origins). Для сохранения целостности генома при каждом делении клетки критически важно, чтобы каждая точка «запускалась» только один раз и строго в S-фазе клеточного цикла.

Множество белков взаимодействуют с военной точностью, чтобы обеспечить это условие. Сначала группа белков формирует пре-репликационный комплекс (pre-RC) в каждой точке начала. Фосфорилирование некоторых компонентов pre-RC белком DDK, в свою очередь, рекрутирует другие белки, превращая pre-RC в пре-инициационный комплекс (pre-IC).

За последние 15 лет группа доктора Стиллмана систематически обнаружила многие белки pre-RC и pre-IC, а также каталогизировала, когда и где каждый белок взаимодействует с другими. Ранее установив, что DDK нацелен на белковый комплекс MCM, учёные теперь сузили сайт связывания DDK до домена внутри одной из субъединиц — Mcm4. Там DDK фосфорилирует ряд аминокислот, которые в противном случае ингибируют функционирование Mcm4.

По словам авторов, открытие этой самоингибирующей активности в Mcm4 и того, что для её преодоления необходим DDK, стало неожиданностью. Они предполагают, что такая сложность могла развиться в ответ на важность точности и аккуратности репликации ДНК.

«Хотя это единственная важнейшая роль DDK в нормальных условиях, мы обнаружили, что DDK берёт на себя другую задачу, когда клетка страдает от повреждения ДНК», — говорит доктор Стиллман. В этой опасной ситуации DDK активирует контрольную точку S-фазы, которая останавливает процесс копирования ДНК и запускает её репарацию.

«Это открытие различных функций DDK представляет собой ключевой элемент головоломки о том, как инициация репликации ДНК координируется и контролируется киназными белками», — заключает доктор Стиллман.