Фермент и белки совместно поддерживают концы ДНК в делящихся клетках

Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон описали механизм взаимодействия фермента и белков для поддержания защитных колпачков — теломер — на концах хромосом. Это новое понимание того, как человеческая клетка сохраняет целостность своей ДНК при многократном делении.

Каждый раз при делении клетки теломеры, защищающие хромосомы подобно пластиковым наконечникам на шнурках, немного укорачиваются. Частью рутинного обслуживания клетки является предотвращение чрезмерного укорочения путем восстановления этой ДНК с помощью фермента Polα-праймазы.

На «стройплощадке» теломеры Polα-праймаза сначала создает короткую РНК-затравку (праймер), а затем наращивает ее ДНК, формируя РНК-ДНК праймер. Лаборатория Цзи Цзи Лима обнаружила, что Polα-праймаза создает этот праймер, используя жесткий каркас и помощь вспомогательного белкового комплекса CST. CST действует как знак «стоп-и-двигайся»: он останавливает активность других ферментов и доставляет Polα-праймазу к месту работы.

«До этого исследования нам приходилось лишь представлять, как Polα-праймаза завершает репликацию теломер. Теперь у нас есть высокоразрешенные структуры Polα-праймазы, связанной с CST. Мы выяснили, что после связывания CST с матричной цепью ДНК в теломере он облегчает действие Polα-праймазы», — говорит Лим.

Исследователи также получили представление о том, как Polα-праймаза может инициировать синтез ДНК в других местах хромосомы. Этот комплекс также обнаруживается в местах репарации повреждений ДНК и там, где репликация остановилась.

«Наши находки раскрывают беспрецедентную роль, которую CST играет в облегчении активности Polα-праймазы», — объясняет первый автор Цисян Хэ.

Структурная модель комплекса CST–Polα-праймаза была построена с помощью передовой техники визуализации — крио-электронной микроскопии одночастичного анализа (cryo-EM single-particle analysis). Данные собирались в Центре исследований крио-электронной микроскопии UW–Madison и Национальной лаборатории Фредерика по исследованию рака.

«Мы начали с загадки из нашего биохимического анализа, но как только мы визуализировали комплекс и увидели его крио-ЭМ структуры, все сразу стало ясно», — говорит соавтор Сюхуа Лин.

Среди новых идей — изучение работы комплекса в еще больших деталях, картирование всего процесса репликации человеческих теломер и исследование того, как комплекс завершает свою активность после копирования ДНК теломер.

«Вы не можете изучить, как движется машина, глядя на отдельные детали. Но биомолекулярная машина часто имеет так много движущихся частей, что ее трудно изучать. Именно здесь проявляются сила и универсальность крио-ЭМ одночастичного анализа», — заключает Лим.