Исследователи описали «POT-дыру», защищающую концы хромосом

Учёные определили новый механизм защиты естественных концов хромосом (теломер) от ошибочного распознавания как повреждений ДНК.

Исследователи из Мичиганского университета изучили, как система распознавания повреждений ДНК отличает опасные разрывы, требующие ремонта, от теломер, которые нужно оставить нетронутыми.

Химически разрыв в середине хромосомы и её естественный конец одинаковы. Однако «ремонт» теломер был бы катастрофой, так как привёл бы к слиянию хромосом друг с другом.

Известно, что белковый комплекс шелтерин защищает теломеры от реакции на повреждение ДНК. Команда профессора Джаякришнана Нандакумара показала, как именно один из белков шелтерина — POT1 — выполняет эту защиту.

Как устроен конец хромосомы

  • Теломерная ДНК состоит из трёх сегментов: двуцепочечного (ds), одноцепочечного (ss) и места их соединения (ds-ss junction).
  • Одноцепочечный «хвост» выступает дальше, а его 5′-конец находится в области соединения ds-ss.
  • Машинерия ответа на повреждение ДНК, в частности ATR, как раз распознаёт разрывы, имеющие соединение ds-ss и ss-хвост.

Открытие «POT-дыры»

Используя метод рентгеновской кристаллографии, исследователи впервые визуализировали в 3D, как белок POT1 связывается с 5′-концом ДНК в области ds-ss junction.

Оказалось, что POT1 имеет полость — «POT-дыру» (POT-hole), — в которую аккуратно встраивается конец хромосомы. Это физически скрывает его от распознавания машинерией ATR.

Ранее было известно, что POT1 защищает ss-хвост теломеры. Новое исследование показало, что он также защищает критически важное соединение ds-ss.

Экспериментальное подтверждение

  • Учёные внесли мутации в «POT-дыру», которые нарушили связывание POT1 с областью ds-ss junction.
  • Это привело к тому, что система ответа на повреждение ДНК начала распознавать теломеры как разрывы, что подтвердило ключевую роль этой полости в защите.

Решение ещё одной загадки

Исследование также объяснило, почему у мышей два варианта белка — POT1a и POT1b — но только POT1a полностью защищает концы хромосом. Оказалось, что только POT1a содержит «POT-дыру» и способен связываться с ds-ss junction.

«Наше исследование показало, что даже 5′-концы наших хромосом закрыты белковой “крышкой”. Этим белком является POT1», — говорит Дж. Нандакумар.

Исследование опубликовано в журнале Science.