Учёные раскрыли структуру комплекса Cdt1-Mcm2-7 в форме открытого кольца

Учёные из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) и Университета Цинхуа раскрыли структуру комплекса Cdt1-Mcm2-7 в форме открытого кольца как предшественника MCM двойного гексамера (DH).

Их результаты были опубликованы онлайн 13 февраля в журнале Nature Structural Biology and Molecular Biology.

Каждое деление клетки требует предварительного полного удвоения генетической ДНК, чтобы каждая дочерняя клетка унаследовала точную копию от материнской. Репликацию ДНК осуществляет машина, известная как реплисома. Чтобы понять механизм расплетания ДНК, важно знать структуру основного компонента двигателя — хеликазы.

«Используя криоэлектронную микроскопию, мы смогли детально изучить структуру гексамера Mcm2-7, который формирует ядро хеликазы», — сказал профессор HKUST Бик Тай. «Мы показали, что ядро представляет собой левозакрученную спираль или пружину, а не замкнутое кольцо, как считалось ранее».

Гексамерный комплекс поддержания минихромосом (MCM, Mcm2-7) формирует ядро эукариотической репликативной хеликазы. В фазе G1 два гептамера Cdt1-Mcm2-7 загружаются на каждую точку начала репликации с образованием неактивного MCM двойного гексамера (DH), но детальный механизм загрузки оставался неясным.

Исследователи изучили структуры дрожжевого MCM гексамера и Cdt1-MCM гептамера Saccharomyces cerevisiae. Оба комплекса образуют левозакрученные спиральные структуры с зазором в 10–15 Å между субъединицами Mcm5 и Mcm2. Центральный канал перекрыт С-концевым доменом Mcm5. Cdt1 обвивает N-концевые области Mcm2, Mcm6 и Mcm4, стабилизируя весь комплекс.

«Внутренняя спиральная структура предшественников даёт ценную информацию о формировании DH», — сказал соавтор работы доктор Юаньлян Чжай из HKUST. «Это предполагает модель пружинного действия для MCM во время начального плавления точки начала репликации и последующего расплетания ДНК».

Установление открытой спирали в качестве основного состояния MCM гексамера имеет глубокие последствия для механизма репликации ДНК как на стадии инициации, так и элонгации.

1. При активации DH энергия, запасённая в плоских кольцах, высвобождается, чтобы обеспечить механическую энергию для разъединения DH, когда каждый одиночный гексамер (SH) раскрывается, позволяя расплавленным одноцепочечным ДНК выйти через узкие ворота Mcm2–Mcm5 в противоположные стороны.
2. Структура Mcm2-7 гексамера в форме открытой спирали может определять режим действия хеликазы CMG при её перемещении вдоль одноцепочечной ДНК во время расплетания.

«Это всего лишь первый шаг к полному пониманию действия комплекса Mcm2-7 в расплетании ДНК», — сказал профессор Бик. «В конечном итоге, для определения механизма перемещения каталитического ядра MCM, управляемого гидролизом АТФ, потребуются высокоразрешающие структуры хеликазы CMG или реплисомы в разных функциональных состояниях».