Распутывание репликации ДНК
Для репликации ДНК необходимо распутать сверхспирализованную молекулу. Этот процесс обычно обеспечивают ферменты топоизомеразы. Однако исследование MIT и Duke University School of Medicine показывает, что для эффективной работы им может требоваться помощь других белков.
Необходимы, но недостаточны
Топоизомеразы типа II, на которые нацелены некоторые антибиотики, считались способными самостоятельно справляться с суперскручиванием ДНК во время репликации. Однако механизмы регуляции их активности изучены плохо.
Исследователи, работая с бактерией Caulobacter crescentus, выявили белок GapR. Он оказался необходим для репликации ДНК: у бактерий без него ДНК перекручивалась, репликация замедлялась, и клетки погибали.
Узнавание формы, а не последовательности
Ключевое открытие: GapR распознает не конкретную последовательность нуклеотидов, а структуру перекрученной ДНК, которая возникает перед репликационной вилкой.
Кристаллическая структура, полученная в Duke, показала, что GapR образует "зажим", охватывающий перекрученную ДНК за её остов. На расслабленной ДНК стандартной формы этот зажим не держится. Это указывает, что GapR находится на ДНК именно там, где требуется действие топоизомеразы.
Механизм и перспективы
Точный механизм, с помощью которого GapR помогает топоизомеразам снимать положительные суперскручивания, пока не ясен. Возможны два варианта:
- GapR взаимодействует с топоизомеразами, узнаёт перекрученную ДНК и рекрутирует их.
- GapR, связываясь с ДНК, ограничивает движение положительных суперскручиваний, позволяя топоизомеразам быстрее их устранять.
Это первая демонстрация того, что активатор топоизомераз необходим для репликации ДНК. Хотя у высших организмов нет гомолога GapR, могут существовать похожие белки, узнающие форму ДНК.
Исследование открывает новое потенциальное направление для разработки лекарств: таргетинг активаторов, подобных GapR, может повысить эффективность существующих ингибиторов топоизомераз в борьбе с бактериальными инфекциями, особенно в условиях растущей антибиотикорезистентности.
Как отмечает профессор Энтони Максвелл, не участвовавший в работе, "идентификация GapR и его потенциальной роли в контроле суперскручивания in vivo — это захватывающая веха в понимании контроля топологии ДНК у бактерий".