Исследование показывает, куда направляется повреждённая ДНК для починки
Исследование Университета Тафтса проливает новый свет на процесс репарации ДНК внутри клетки. В работе, опубликованной 15 мая в журнале Genes & Development и доступной онлайн с 4 мая, биолог Кэтрин Фройденрайх и её коллеги показали, что экспандированные повторы тринуклеотида CAG/CTG (CAG) в дрожжах перемещаются к периферии клеточного ядра для репарации. Это перемещение важно для предотвращения нестабильности повторов и генетических заболеваний.
Экспансии CAG значимы, поскольку лежат в основе нескольких нейродегенеративных и нервно-мышечных заболеваний, таких как болезнь Хантингтона, миотоническая дистрофия и несколько подтипов спиноцеребеллярной атаксии.
Короткие триплетные повторы не всегда вызывают проблемы. Однако иногда они экспандируются и становятся длиннее нормы. Экспандированные повторяющиеся последовательности меняют форму молекулы ДНК с двойной спирали на структуру, похожую на шпильку, которую клеточным механизмам сложно реплицировать и репарировать, что может привести к разрыву молекулы ДНК.
Заболевание возникает, когда количество экспандированных повторов CAG превышает порог стабильности. Для болезни Хантингтона этот порог составляет 38–40 повторов. Миотоническая дистрофия возникает при наличии около 200 повторов.
В своём исследовании учёные ввели повторы CAG разной длины в хромосомы почкующихся дрожжей. Хромосомы, содержащие повторы, были помечены флуоресцентной молекулой, чтобы можно было визуально отслеживать их положение в клеточном ядре.
Было обнаружено, что хромосомы, содержащие экспандированные повторы CAG, перемещаются из внутренней области ядра к его периферии для репарации. Близость к ядерной оболочке помогает осуществить репарацию повтора без ошибок.
Когда перемещение молекулы ДНК предотвращали, хромосомы ломались чаще, а повтор с большей вероятностью мутировал. Таким образом, перемещение к «ремонтной мастерской» на периферии ядра — это ранее не признанный, но важный шаг для поддержания повторяющейся ДНК и предотвращения повреждения хромосом.
Чем длиннее повтор, тем чаще происходит перемещение. Например, CAG-130 перемещается чаще, чем CAG-70, а неэкспандированный CAG-15 — не чаще контрольного образца без повтора. Учёные полагают, что если репликационный механизм останавливается на повторе, это запускает перемещение.
На периферии повреждённая ДНК взаимодействует с ядерными порами (NPC) — комплексом белков, который служит привратником между ядром клетки и окружающей цитоплазмой. Один из таких комплексов — Nup84 и ассоциированный с ним комплекс Slx5/8. Они присутствуют в каждой ядерной поре.
Исследовательская группа показала, что оба этих комплекса необходимы для правильной репарации повторяющейся ДНК. Комплекс Slx5/8 играет жизненно важную роль: он необходим для прикрепления повторяющейся ДНК к ядерной поре и, по-видимому, регулирует известный репарационный белок (Rad52), чтобы облегчить правильный ремонт, тем самым предотвращая экспансию повторов и разрывы хромосом.
Ядерный поровый комплекс играет роль в предотвращении разрывов хромосом, а также в предотвращении нестабильности повтора CAG, то есть участвует в репарации ДНК.