ДНК SOS: Понимание сигнальных путей повреждения ДНК

При повреждении ДНК клетки посылают сигнал SOS. Когда прибывает ремонтная бригада, аварийный сигнал отменяется, так как он больше не нужен. Этот двухэтапный процесс важен при многих заболеваниях, но его механизмы плохо изучены. АДФ-рибозилирование — один из механизмов ответа на повреждение ДНК, используемый клетками для подачи сигнала SOS, а семейство ферментов ARH участвует в отмене этого сигнала. В работе, недавно опубликованной в Cell Chemical Biology, исследователи из Лаборатории ответа на повреждение ДНК Оксфордского университета изучили структуру двух АДФ-(рибозил)гидролаз (ARH). Их результаты дают важное представление о различиях между этими белками и предлагают полезные инструменты для направленного дизайна лекарств.

Ремонт ДНК

ДНК в наших клетках постоянно подвергается атакам, и, по оценкам, повреждается тысячи раз в день. Без лечения эти повреждения могут привести к мутациям, гибели клеток или, в худшем случае, к раку. Однако у клеток есть ряд путей ответа на повреждение ДНК, которые позволяют противодействовать повреждениям, и их обычно достаточно для поддержания здорового генома.

Предыдущие исследования показали, что рак, нейродегенеративные заболевания, иммунодефицит или аномалии развития связаны с дефектами в путях ответа на повреждение ДНК. Лаборатория ответа на повреждение ДНК Оксфордского университета изучает функции белков и пути, лежащие в основе стабильности генома, чтобы углубить понимание и помочь разработать новые способы профилактики и лечения заболеваний.

В этой новой работе исследователи использовали макромолекулярные кристаллографические (MX) станции Diamond для изучения структуры ARH1 и ARH3. ARH1 играет важную роль в подавлении опухолей и защите от бактериальных токсинов. Известно, что ARH3 участвует в ответе на повреждение ДНК.

Кристаллизация человеческого ARH3 сложна, так как белок кристаллизуется только в присутствии лиганда, который не всегда можно обнаружить в соответствующей структуре. Чтобы обойти эту проблему, доктор Йоханнес Рак использовал гомолог ARH3 из латимерии (Latimeria chalumnae), который кристаллизовался легче. Это позволило исследователям определить кристаллические структуры с рядом лигандов и без них, чего не удавалось достичь с человеческим белком. Эти структуры также стали первыми когда-либо опубликованными структурами белка латимерии.

MX в Diamond

Эксперименты для этого исследования проводились на станциях I03, I04, I04-1 и I24. Белки ARH зависят от магния, и их структуру необходимо было определять как в присутствии, так и в отсутствие магния. Таким образом, статья содержит десять белковых структур, полученных с атомным разрешением. Такое интенсивное исследование стало возможным благодаря тому, что Оксфордский университет имеет доступ BAG к Diamond, что позволяет группам пользователей заполнять смену на станции серией коротких экспериментов.

Доктор Антонио Ариза поясняет: «До открытия Diamond мне приходилось летать в Гренобль для проведения MX-экспериментов, что требовало значительных временных затрат. Сейчас эксперименты проходят очень быстро, и Diamond постоянно совершенствуется. Теперь я посещаю Diamond несколько раз в месяц. Многие из наших экспериментов можно было бы автоматизировать, но мне нравится приезжать лично, чтобы «испачкать руки» и быть в курсе изменений».

ARH1 и ARH3 — высокоспециализированные ферменты, катализирующие разные реакции. Однако результаты этих экспериментов показывают, что они структурно очень похожи, особенно в отношении своих активных центров. Новые данные об этих структурах дадут представление об их работе и помогут понять их различия. При отсутствии известных ингибиторов для этого семейства ферментов исследователи надеются, что их работа послужит основой для будущих поисков лекарств. Их открытия предоставляют возможности для разработки соединений, модулирующих активность ферментов ARH, что имеет большой терапевтический потенциал.