Исследователи продвинулись в понимании фермента, регулирующего ДНК

Благодаря технике визуализации одиночных молекул, разработанной профессором Иллинойсского университета, исследователи раскрыли механизмы работы важного фермента, регулирующего ДНК.

Хеликазы известны в первую очередь «расстегиванием» ДНК для репликации, но также выполняют множество других функций по репарации и поддержанию ДНК. Команда из Иллинойса сосредоточилась на конкретной бактериальной хеликазе PcrA, участвующей в предотвращении нежелательной рекомбинации.

Когда одна цепь ДНК повреждается или разрывается, окружающая область деградирует, оставляя одноцепочечный участок. Специализированные белки запускают процесс рекомбинации — восстановления второй цепи, используя неповрежденную ДНК в качестве матрицы.

«Рекомбинация необходима для репарации ДНК, но если она выходит из-под контроля, это вызывает проблемы», — сказал профессор физики Такжип Ха. «Эта хеликаза контролирует рекомбинацию, удаля recombination-белки с ДНК».

Используя технику FRET (флуоресцентный резонансный перенос энергии) для одиночных молекул, команда Ха смогла идентифицировать один из механизмов, который PcrA использует для регуляции рекомбинации. Исследователи прикрепили два флуоресцентных красителя к противоположным концам одноцепочечного «хвоста» ДНК.

Хеликазы — это моторные белки, которые используют химическую энергию для движения вдоль молекулы ДНК. Однако с помощью FRET исследователи наблюдали, как два красителя постепенно сближаются, а затем резко расходятся, и этот процесс повторялся. Вместо движения вдоль хвоста PcrA связывается в точке разрыва, где встречаются двуцепочечная и одноцепочечная области. Затем она использует свою моторную функцию, чтобы «наматывать» хвост, подобно рыболову, вытягивающему верёвку.

«Комбинируя специфичное к структуре связывание фермента с ДНК и моторную функцию, фермент может наматывать ДНК и в процессе сбрасывать recombination-белки», — пояснил Ха.

Когда PcrA достигает конца своей «верёвки» ДНК, она высвобождает её и начинает процесс наматывания заново, удаляя любые дополнительные проблемные белки, которые связались с повреждённой ДНК.

Поскольку FRET — это метод для одиночных молекул, исследователи смогли шаг за шагом задокументировать работу одного фермента и обнаружили, что PcrA действительно движется равномерными шагами в один пар оснований (base pair) на одну молекулу АТФ.

Далее команда планирует создать реакционную среду, более похожую на условия in vivo, используя три и четыре цвета FRET-красителей для одновременного измерения активности нескольких белков. Они также работают над пониманием того, почему хеликаза движется только в одном направлении.

«Это идеальный брак новой технологии и интересной биологической проблемы», — заключил Ха.