У клеток есть второй набор инструментов для ремонта ДНК в сложных случаях

Человеческий геном состоит из 3 миллиардов пар оснований. При делении клетка копирует свою ДНК примерно за семь часов — почти 120 000 пар оснований в секунду. На такой скорости возникают ошибки — около двух в секунду в каждой делящейся клетке. Однако у клеток есть «набор для ремонта ДНК» — ферменты, которые исправляют ошибки с той же скоростью.

Более серьёзная проблема возникает, когда процессу репликации (копирования) ДНК что-то мешает. Это может привести к разрыву хромосомы и потере жизненно важной генетической информации. Разрывы или пробелы в ДНК потенциально опасны и могут привести к генетическим заболеваниям или раку.

Профессор биологии Кэтрин Фройденрайх изучает реакцию клеток на такие критические события на примере дрожжевых клеток как аналога человеческих. Её исследование, опубликованное в Cell Reports, показало, что этот процесс сложнее и многослойнее, чем считалось ранее.

Учёные исследовали участки ДНК, особенно подверженные разрывам. Это области с длинными повторами триплетов (например, CAGCAGCAG) или дуплетов (например, ATATATAT), которые могут тянуться на сотни единиц. В таких местах ДНК может складываться не в аккуратную двойную спираль, а образовывать шпильки и крестообразные структуры — как спутанный электрический шнур.

«Это не второстепенная проблема, потому что повторяющаяся ДНК составляет около 10% нашего генома — даже больше, чем часть, кодирующая белки», — говорит Фройденрайх.

Когда нити ДНК запутываются, ремонтные белки, сканирующие её длину, могут «споткнуться» и не выполнить свою задачу. Именно тогда в дело вступает второй набор белков для репарации ДНК. «Мы узнаём, что существуют резервные механизмы, и теперь кажется, что в клетке есть место, куда отправляют особенно сложные повреждения для починки», — отмечает исследователь.

Это место — внутренний край ядра клетки. Новая работа описывает, как повреждённая ДНК туда попадает. «Способ доставки ДНК к периферии ядра зависит от характера повреждения. Для повторов CAG, если проводить аналогию, это как добавить на повреждённый груз транспортную метку и отправить его в ремонтную мастерскую».

Когда первая попытка ремонта останавливается на репликационной вилке (месте разделения нитей ДНК), набор белков, стабилизирующих вилку, добавляет фосфат — эту самую «метку» — к сигнальному белку. Этот сигнал приводит к высвобождению повреждённой хромосомы из физической «привязи», давая ей больше свободы для движения внутри ядра. Высвобождение также запускает образование микротрубочек — длинных полимеризованных «путей» из белков, ведущих прямо к периферии ядра. Повреждённая ДНК перемещается по этим путям туда, где ремонт может быть завершён.

Обнаружив, как работает этот резервный механизм репарации ДНК, Фройденрайх указывает на потенциальную стратегию лечения рака. «Раковым клеткам приходится очень быстро реплицировать свои геномы, и они могут сильно зависеть от этих резервных механизмов репарации ДНК, чтобы выжить. Если мы сможем воздействовать на уязвимости в репарации ДНК, у нас может появиться способ избирательно уничтожать раковые клетки».