Раскрывая тайну репликации ДНК
Изучая механизм работы фермента, синтезирующего в обратном направлении, учёные предполагают, почему репликация ДНК всегда происходит в «прямом» направлении.
Нуклеотидные цепи, такие как ДНК и РНК, синтезируются путём копирования с других цепей. Этот процесс копирования всегда происходит в «прямом» направлении — от одного конкретного конца к другому. При этом две цепи двуцепочечной ДНК, которые будут скопированы, разделяются и ориентированы в противоположных направлениях, что усложняет процесс.
«При репликации ДНК одна из двух цепей может быть скопирована, или синтезирована, непрерывно, в то время как другая цепь синтезируется в виде множества фрагментов, которые позже необходимо соединить, — говорит Мин Яо из Университета Хоккайдо. — Один из главных вопросов в биологии заключался в том, почему в клетках нет фермента обратного направления, чтобы обе цепи могли синтезироваться эффективно».
Недавно была обнаружена группа ферментов, названных Thg1-подобными белками (TLPs), которые, как выяснилось, добавляют нуклеотиды в противоположном направлении. Примеры добавления нуклеотидов в этом направлении редки. TLPs являются исключением и добавляют нуклеотиды в обратном направлении для репарации «противоположного конца» повреждённых РНК.
В недавно опубликованном исследовании Яо и её команда использовали рентгеноструктурный анализ (X-ray crystallography), чтобы раскрыть структуру комплекса TLP/РНК. Это дало им представление о сложном механизме, который используют TLPs для добавления нуклеотидов в обратном направлении.
Их структурный анализ выявил двухэтапный процесс:
- Рекрутирование молекул, поставляющих энергию.
- Добавление нуклеотида.
Второй этап также наблюдается при прямой реакции. Уникальным для обратной реакции был именно начальный этап рекрутирования энергии. По-видимому, фермент использует это рекрутирование энергии, чтобы переключить направление с прямого на обратное.
Команда предполагает, что фермент обратного направления не используется в репликации ДНК, потому что он требует структурно сложного процесса.
«Сравнивая молекулярные механизмы прямой и обратной реакций более подробно, мы хотели бы полностью понять эволюционный контекст репликации ДНК», — говорит Яо.