Исследование раскрывает механизм репарации ДНК, повреждённой солнцем
Учёные под руководством исследователя из Университета Бэйлора опубликовали прорывную статью, которая даёт лучшее понимание динамического процесса, с помощью которого молекулярный репарационный аппарат клетки распознаёт повреждения ДНК, вызванные солнечным светом, как нуждающиеся в починке.
Ультрафиолетовый свет солнца — повсеместный канцероген, который может наносить структурные повреждения клеточной ДНК. Поскольку ДНК несёт важные "чертежи" для клеточных функций, неспособность вовремя удалить и восстановить повреждённые участки ДНК может иметь пагубные последствия и приводить к раку кожи у людей, — говорит ведущий автор работы Юнг-Хён Мин, доктор философии.
Мин и её команда показали, как репарационный белок Rad4/XPC связывается с одним из таких УФ-индуцированных повреждений — 6-4 фотопродуктом (6-4PP) — чтобы пометить место повреждения вдоль ДНК для подготовки к остальной части процесса нуклеотид-экзизионной репарации (NER) в клетках.
Исследование опубликовано в журнале Nucleic Acids Research (NAR) как "прорывная статья" — категория, присваиваемая 1–2% лучших работ, отвечающих на давние вопросы в области.
УФ-свет угрожает целостности генома, генерируя повреждения ДНК, известные как внутрицепочечные сшивки. Два основных типа таких повреждений:
- Циклобутановый пиримидиновый димер (CPD) — составляет около 70% таких повреждений.
- 6-4 фотопродукт (6-4PP) — составляет около 30%.
Система клеточной репарации (NER), ответственная за удаление этих повреждений, работает намного быстрее для 6-4PP, чем для CPD. Это связано с тем, что белок-сенсор повреждений ДНК (Rad4/XPC), инициирующий NER, более эффективно распознаёт 6-4PP.
Ключевые открытия:
- Структура комплекса: С помощью рентгеновской кристаллографии команда определила 3D-структуру белка Rad4, связанного с ДНК, содержащей повреждение 6-4PP. Структура показала, что белок выворачивает наружу части ДНК, содержащие 6-4PP, тем самым "раскрывая" двойную спираль ДНК. Это сопровождалось сильным раскручиванием и изгибом цепей ДНК.
- Механизм связывания: Белок связывался не напрямую с повреждённой частью ДНК, а со здоровыми участками ДНК напротив повреждения. Это означает, что в принципе белок может связываться и с CPD, и с другими повреждениями, но не объясняет разницу в эффективности распознавания.
- Динамика процесса: С помощью молекулярной динамики учёные смоделировали процесс первоначального связывания Rad4 с ДНК, содержащей либо 6-4PP, либо CPD. Моделирование показало, что белок легко взаимодействует с 6-4PP, раскручивая, изгибая и частично "раскрывая" ДНК в месте повреждения. Однако ДНК, содержащая CPD, сопротивлялась такому раскручиванию и изгибу.
Таким образом, команде удалось собрать 3D-молекулярную траекторию, изображающую ключевые шаги "раскрытия" ДНК, осуществляемого Rad4/XPC, и раскрыть причины различного распознавания 6-4PP и CPD.
Значение исследования:
- Понимание механики NER может быть полезно не только для изучения УФ-повреждений, так как NER также является важным путём репарации множества повреждений ДНК, вызванных факторами окружающей среды, включая промышленные загрязнители, сигаретный дым и даже некоторые химиотерапевтические препараты.
- Исследование заполняет пробел в понимании того, как именно Rad4/XPC связывается с повреждением и почему распознавание 6-4PP так эффективно по сравнению с CPD.
Остающиеся вопросы:
- Как Rad4/XPC находит повреждения на ДНК, компактно организованной в хроматин (намотанной на белки-гистоны)?
- Как Rad4/XPC рекрутирует следующий игрок репарационного пути — комплекс фактора транскрипции IIH (TFIIH), который важен для верификации повреждения перед его вырезанием.