Флуоресцентные белки медуз пролили новый свет на копирование ДНК

Ученые из Йоркского университета использовали флуоресцентные белки медуз, чтобы по-новому взглянуть на процесс репликации ДНК.

С помощью этих белков, изначально обнаруженных у светящихся медуз, команда смогла сфокусировать лазерные лучи на ярко подсвеченных белках и отслеживать их внутри бактерии, которая обычно обитает в кишечнике человека.

Это позволило ученым наблюдать за молекулярной машинерией ДНК во время ее репликации внутри клетки, по одной молекуле за раз. Впервые было показано, что только один компонент этого процесса, хеликаза DnaB, остается стабильным — как молекулярный якорь.

В большинстве клеток, будь то человеческие или бактериальные, новая клетка создается после деления существующей пополам. Это означает, что точная копия исходной последовательности генов, закодированной в ее ДНК, должна быть создана и помещена в новую клетку.

Считалось, что это медленный и методичный процесс, происходящий в определенные моменты времени. Однако новое исследование Йоркского университета в сотрудничестве с Оксфордским университетом и Университетом Макгилла (Канада), отследившее этот процесс в реальном времени, показало, что он гораздо динамичнее, чем предполагают учебники. Он происходит короткими всплесками, напоминающими «заикание».

Новаторский метод

Профессор Марк Лик, заведующий кафедрой биологической физики Йоркского университета, сказал: «Мы разработали новый метод световой микроскопии, который позволил нам увидеть этот увлекательный процесс репликации молекула за молекулой.

Однако мы с удивлением обнаружили, что вместо организованного и методичного процесса, который мы ожидали, он происходит «заикающимся» образом, подобно езде на слишком низкой скорости на высокой передаче. Конечно, главный вопрос был в том, почему клетка выполняет такой важный процесс столь нестабильным способом?

Это «заикание» создает «контрольные точки» на различных этапах копирования ДНК, чтобы убедиться в отсутствии ошибок и, если они есть, исправить их, пока не поздно. Это означает, что клетки могут приостановиться, чтобы исправить ошибку в небольшом фрагменте ДНК, вместо того чтобы пытаться внести неуправляемую поправку в одну полную и огромную цепь.

Хотя процесс выглядит неэлегантным и почти случайным, на самом деле он высокоэффективен».

Значение для здоровья человека

Процесс репликации ДНК фундаментален для всей жизни, и то, как разрешаются ошибки в этом процессе, особенно важно для здоровья человека. Ошибки могут приводить к формам рака и становятся более распространенными у стареющего населения.

Эта работа поможет ученым не только лучше понять основные строительные блоки жизни, но и потенциально даст новое понимание ряда заболеваний, а также прольет новый свет на то, как старение человека может приводить к болезням, связанным с ошибками при копировании ДНК от клетки к клетке.

Исследование проводилось на ДНК клеток бактерии Escherichia coli. Однако следующий этап работы будет посвящен изучению того же процесса в более сложных клетках, в конечном итоге — человеческих.

Исследование «Frequent exchange of DNA polymerase during bacterial chromosome replication» поддержано BBSRC и опубликовано в журнале eLife.