Выяснение ключевого этапа инициации репликации ДНК у эукариот

Профессора биохимии Брандт Айхман и Уолтер Чазин выяснили молекулярные детали того, как фермент ДНК-полимераза α–праймаза (polα–праймаза) синтезирует праймеры для запуска репликации ДНК у человека. Исследование, опубликованное в Nature Structural & Molecular Biology, стало возможным благодаря использованию крио-электронной микроскопии в Центре структурной биологии Университета Вандербильта.

Проблема исследования

Polα–праймаза — это единственный фермент, способный инициировать синтез ДНК, создавая короткие стартовые фрагменты (праймеры) из РНК и ДНК. Более 50 лет оставалось неясным, как этот фермент:

  • «Отсчитывает» строго определённое количество нуклеотидов РНК перед переходом к синтезу ДНК.
  • Осуществляет сам переход между синтезом РНК и ДНК.
  • Определяет, когда нужно остановить синтез ДНК в праймере.

Понимание этих механизмов важно, потому что праймеры должны оставаться очень короткими. Они содержат РНК, а синтезируемая polα ДНК содержит много ошибок (мутаций). Если бы праймеры становились значительной частью новой цепи ДНК, это было бы губительно для клетки.

Метод

Используя стратегически сконструированные молекулы ДНК-матриц, исследователям удалось «поймать» и визуализировать с помощью крио-ЭМ комплекс polα–праймазы на различных стадиях синтеза праймера.

Основные результаты

  1. Polα–праймаза удерживает один конец праймера на всех этапах синтеза. Это критически важно для передачи цепи из активного центра праймазы (где идёт синтез РНК) в активный центр ДНК-полимеразы (где идёт синтез ДНК).
  2. Гибкость внутри этого четырёхсубъединичного комплекса необходима для синтеза праймера в двух разных активных центрах.
  3. Прекращение синтеза ДНК облегчается за счёт снижения сродства polα и праймазы к матрице по мере удлинения ДНК-участка.

Значение работы

Исследование даёт более полное понимание инициации репликации и подчёркивает, что сложные молекулярные машины требуют гибкости для своей функции. Полученные высокодетальные структуры также могут стать отправной точкой для разработки новых низкомолекулярных модуляторов polα–праймазы. Такие соединения могут стать инструментом для изучения репликации ДНК в клетках и оценки терапевтического потенциала воздействия на белки репликации при заболеваниях, связанных с нестабильностью генома.