Как читается и копируется ДНК

Ученые из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса раскрыли новые детали того, как ДНК организует и сохраняет генетическую информацию.

Неожиданное изменение в организации ДНК

Чтобы включать и выключать гены в ДНК, ферментам в клетках необходимо взаимодействовать с нуклеосомами — комплексами белков, которые помогают клеткам организовывать свою ДНК. Один из таких ферментов, Dot1L, мутирован при смешанно-линейном лейкозе, форме детского лейкоза.

Для рекрутирования Dot1L к нуклеосоме сначала должен присоединиться небольшой белковый тег убиквитин. Однако, как фермент Dot1L физически соединяется с нуклеосомой или убиквитиновой меткой, было неясно.

Используя метод криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ), исследователи заморозили молекулы в комплексе нуклеосомы и Dot1L, чтобы увидеть их взаимодействие. Результаты, опубликованные в феврале в журнале Cell, оказались неожиданными: Dot1L изменяет форму нуклеосомы, чтобы связаться с ферментом более тесно.

Высокодетальные изображения, полученные с помощью крио-ЭМ, показали драматичное, ранее невиданное изменение в ядре нуклеосомы. Когда Dot1L присоединялся, хвост из центра нуклеосомы поднимался, чтобы закрепить фермент на своей поверхности, вызывая каскад других изменений в структуре нуклеосомы.

Это наблюдение представляет собой смену парадигмы в понимании генетических заболеваний, поскольку изменения в структуре нуклеосомы влияют на доступ клеток к своей ДНК. Для детского лейкоза это открытие может указать новые возможности для поиска методов лечения, нацеленных на это взаимодействие.

Ученые собирают воедино механизм копирования ДНК

Триллионы раз в человеческом теле крошечные молекулярные машины копируют ДНК внутри клетки, создавая две, надежно точные, копии 6 миллиардов фрагментов ДНК практически без ошибок.

Ученые используют термин "реплисома" для обозначения молекулярной машины, копирующей ДНК. Это совокупность белков и ферментов, которые соединяются вместе, образуя машину для копирования ДНК.

Реплисома похожа на самоподающий копировальный аппарат, втягивающий одну цепь ДНК и выдающий две копии. Мотор, который приводит в действие эту машину, называется хеликаза. Она разделяет и раскручивает двойные цепи ДНК, чтобы механизм копирования получил доступ и скопировал молекулярную информацию, хранящуюся в генетическом коде. Как и многие автомобильные двигатели, хеликазы приводятся в движение шестью цилиндрами или "кольцами", которые окружают нити ДНК и движутся вдоль них.

Команда исследовала бактерии, чтобы выяснить, как фермент DnaC загружает одно из колец хеликазы на ДНК. В отчете, опубликованном в феврале в Molecular Cell, ученые обнаружили, что DnaC связывается с хеликазой и, используя одну из своих шести "рук", как бы щекочет кольцо, чтобы раскрыть его и прикрепить к цепи ДНК. После этого DnaC отключается.

Исследования продолжаются, чтобы понять, как DnaC удаляется из комплекса копировальной машины, как мотор хеликазы присоединяется к комплексу и как хеликаза движется вдоль ДНК. Эти результаты помогут проложить путь к созданию антибактериальной терапии, нацеленной на хеликазу, и дадут представление о том, как возникают генетические заболевания, когда мутировавшая хеликаза работает неправильно.