Лицензия на жизнь: механизмы репликации ДНК собраны в одном исследовании
Каждый раз при делении клетки полный генетический код из 46 хромосом должен быть точно скопирован. Этот колоссальный процесс повторяется с необычайной точностью.
Исследователи во главе с президентом Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) Брюсом Стиллманом объединили десятилетия открытий в комплексное описание самого первого этапа — стадии «лицензирования». На ней собираются многочисленные точки начала репликации ДНК на всех хромосомах, формируя пререпликативный комплекс (pre-RC). Работа опубликована в журнале Nature Structural & Molecular Biology.
Стиллман изучает репликацию ДНК более 40 лет. «Я сосредоточился на понимании одного из самых фундаментальных процессов в жизни», — говорит он. У человека этот процесс происходит миллиарды раз в день. Ошибки могут повышать риск рака, аутизма и врождённых пороков сердца.
Лаборатория Стиллмана в 1980–90-х годах открыла ключевые белки, обеспечивающие начало репликации в нужное время и месте. Одним из его первых сотрудников был постдок Джон Диффли, который позже возглавил собственную лабораторию в Институте Фрэнсиса Крика.
Благодаря их работе и другим исследованиям, учёные теперь идентифицировали более 100 белков, необходимых организмам от грибов до человека для репликации генома. Стиллман и Диффли объединили эти знания, а клеточный биолог и аниматор Джанет Иваса из Университета Юты создала на их основе визуализации.
Зачем нужен такой сложный механизм, как pre-RC? Всё дело в эффективности. «Только в костном мозге каждую минуту рождается около 500 миллионов клеток, и каждая требует дупликации более 2 метров ДНК», — поясняет Стиллман. Если бы хромосомы копировались от начала до конца, это заняло бы месяцы. Вместо этого клетка копирует множество сегментов ДНК одновременно.
Для координации вдоль каждой хромосомы размечены различные точки старта. Маркеры удаляются по мере использования участков. Новые метки не могут быть установлены до деления клетки, поэтому каждый сегмент дублируется только один раз за цикл.
Анимации Ивасы стали ценным образовательным инструментом для биохимиков на любом этапе карьеры и уже вдохновили на новые эксперименты в лаборатории Стиллмана по изучению формирования pre-RC у разных видов. В своей новой публикации Стиллман предлагает новые способы «думать, как молекула».