Ученые раскрыли механизм работы машины для расплетения ДНК — комплекса MCM2-7. Последствия для терапии рака
Международная исследовательская группа под руководством доктора Юаньлян Чжая из Школы биологических наук Гонконгского университета (HKU) раскрыла новый механизм регуляции инициации репликации человеческим комплексом MCM2-7. Это открытие может лечь в основу новой эффективной противораковой стратегии для селективного уничтожения раковых клеток. Результаты опубликованы в журнале Cell.
Во время каждого клеточного деления наш геномная ДНК должна быть точно скопирована. Этот процесс требует, чтобы двойная спираль ДНК сначала была расплавлена, а затем разделена на две одноцепочечные матрицы для синтеза комплементарных цепей ДНК-полимеразами. Любое нарушение этого процесса может привести к тяжелым последствиям, таким как опухолеобразование.
Долгоиграющая загадка
С 1953 года, когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик определили структуру ДНК, вопрос о том, как именно инициируется расплетение двойной спирали, оставался открытым. У эукариот за это отвечает комплекс минихромосомного обслуживания (MCM). Шесть продуктов генов MCM2–MCM7 (MCM2-7) формируют кольцевой комплекс, который служит каталитическим ядром хеликазы — машины для расплетения ДНК.
Для инициации репликации комплекс MCM2-7 сначала должен собраться в головой-к-голове двойной гексамер (DH), охватывающий двуцепочечную ДНК. Считалось, что MCM2-7 DH может напрямую дестабилизировать ДНК, запуская ее начальное раскрытие, но механизм оставался неизвестным.
Прорыв благодаря крио-ЭМ
Чтобы решить эту задачу, команда использовала метод крио-электронной микроскопии (cryo-EM) для визуализации атомных деталей MCM2-7 DH.
- В 2015 году команда решила первую крио-ЭМ структуру MCM2-7 DH, выделенного из дрожжей (3.8 Å, журнал Nature), но связанная ДНК была нестабильна.
- Недавно исследователям удалось очистить MCM2-7 DH из культур человеческих клеток и определить его структуру с рекордным разрешением 2.59 Å.
Эта высокоразрешающая структура ясно показала, как комплекс MCM2-7 дестабилизирует ДНК, вызывая начальное раскрытие двойной спирали как раз в месте соединения двух спаренных гексамеров MCM2-7.
Ключевые открытия и перспективы для терапии
- Механизм раскрытия: Высокоразрешающая структура напрямую визуализировала начальное расплавление ДНК.
- Геномное распределение: MCM2-7 DH загружаются на ДНК в десятках тысяч сайтов по всему человеческому геному, и эти сайты исключают overlap с активной транскрипцией.
- Критическая важность: Нарушение этой начальной открытой структуры делает невозможной загрузку MCM2-7 DH на ДНК и полностью подавляет инициацию репликации.
Существующие препараты, нацеленные на репликацию ДНК, неизбирательно убивают все делящиеся клетки (и нормальные, и раковые). Более желательной альтернативой является ингибирование именно инициации репликации. Это позволило бы нормальным клеткам остановиться в G1-фазе или перейти в состояние покоя G0, в то время как раковые клетки, потерявшие контроль над клеточным циклом, подверглись бы апоптозу.
Таким образом, открытие высокоразрешающей структуры и механизма работы человеческого пре-инициаторного комплекса MCM2-7 предоставляет основу для разработки нетоксичных противораковых препаратов, нацеленных на этот комплекс.