Эффективный «уборщик» завершает цикл репликации ДНК
Репликация ДНК необходима для точной передачи генетической информации от родительских клеток к дочерним. На родительской ДНК собирается множество белков, которые работают как репликационные машинерии. Среди них ключевым белком репликации является пролиферирующий ядерный антиген клеток (PCNA). Эта молекула кольцевой структуры охватывает хромосомы во время репликации ДНК. PCNA-кольцо прочно связано с ДНК. После посадки на ДНК PCNA рекрутирует другие белки для эффективного копирования родительской ДНК, выступая важной платформой для многих репликационных комплексов.
Однако на этом история не заканчивается. После завершения синтеза ДНК PCNA должна быть удалена с ДНК для полного завершения её цикла. В противном случае репликационные белки делают геномную ДНК нестабильной, что может привести к генетическим мутациям. Как же репликационные машинерии удаляются с ДНК после репликации? Выгрузка PCNA с ДНК очищает репликационные машинерии. Хотя выгрузка PCNA критически важна для поддержания стабильности генома, механизм этого процесса оставался неясным.
Директор Мён Кёнджэ, профессор Ким Хажин и доктор Кан Сукхён из Центра геномной целостности Института фундаментальных наук (IBS) при Ульсанском национальном институте науки и технологий (UNIST) в Южной Корее сообщили о новом молекулярном механизме регуляции цикла PCNA во время репликации ДНК. Они обнаружили, что специфический белковый комплекс ATAD5-RFC-подобный комплекс (ATAD5-RLC) является выгрузчиком PCNA. Группа доктора Мёна создала систему in vitro реконституции, позволяющую отслеживать загрузку и выгрузку PCNA. ATAD5-RLC удаляет кольцо PCNA с ДНК как bona-fide выгрузчик PCNA.
Эти выводы основаны на их предыдущих исследованиях. Известно, что другой белковый комплекс, фактор репликации C (RFC), открывает кольцо PCNA и загружает его на линейную молекулу ДНК перед синтезом ДНК. До сих пор учёные в области репликации ДНК полагали, что RFC также выполняет функцию выгрузки PCNA, поскольку его бактериальный гомолог осуществляет как загрузку, так и выгрузку. Группа доктора Мёна предположила, что ATAD5-RLC, имеющий сходную с RFC структуру, может быть кандидатом на роль выгрузчика PCNA. Данное исследование биохимически доказало, что ATAD5-RLC является bona-fide выгрузчиком PCNA. Учёные также выяснили, что ATAD5-RLC может выгружать и модифицированный PCNA. PCNA модифицируется при репликационном стрессе для устранения повреждений ДНК. Эти результаты подчёркивают роль ATAD5-RLC как универсального «уборщика» PCNA для завершения репликации и репарации ДНК.
Учёные также идентифицировали ключевые мотивы в ATAD5, которые делают белковый комплекс выгрузчиком PCNA. Они раскрыли механистические различия между процессами загрузки и выгрузки PCNA. Кроме того, учёные обнаружили точковую мутацию в ключевом мотиве ATAD5 у пациентов с меланомой. Доктор Сукхён Кан, один из корреспондирующих авторов исследования, говорит: «Было критически важно функционально исследовать ATAD5 и очистить активный ATAD5-RLC. Создание системы реконституции in vitro позволило нам провести механистические исследования выгрузки PCNA».
Это исследование даёт полное понимание цикла PCNA на реплицирующейся ДНК. До сих пор было плохо понятно, какой комплекс отвечает за выгрузку PCNA после репликации и репарации ДНК. Учёные показывают, что два структурно родственных комплекса играют различные роли в ассоциации PCNA с ДНК. RFC загружает PCNA для инициации синтеза ДНК, а ATAD5-RLC выгружает PCNA для завершения репликации/репарации ДНК. Механистические различия между загрузкой и выгрузкой PCNA, раскрытые в этом исследовании, представляют концептуальный прогресс в понимании репликации ДНК. Поскольку выгрузка PCNA тесно связана с сборкой хроматина, это исследование станет основой для будущих работ по изучению связи между завершением репликации и поддержанием эпигенетической информации.
«Это значительный шаг вперёд в понимании регуляторных механизмов процесса завершения репликации. Поскольку неконтролируемый разбор репликационных машинерий вызывает нестабильность генома, что может привести к клеточной трансформации, наше исследование будет полезно для разработки стратегий лечения рака», — поясняет директор Мён.