Детальное изображение показывает, как копируются геномы

Впервые исследователям из Университета Умео удалось показать, как фермент ДНК-полимераза эпсилон строит новые геномы. Полученное детальное изображение демонстрирует, как мутации, способствующие развитию колоректального рака и рака шейки матки, приводят к изменениям в структуре белка. Исследование будет опубликовано в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

Геномы построены из пар длинных цепей ДНК. В предыдущих совместных работах с американскими коллегами учёные из Университета Умео показали, что ДНК-полимераза эпсилон — один из трёх ферментов, строящих цепи ДНК у всех высших организмов, от дрожжей до человека. При копировании ДНК генома этот фермент отвечает за построение примерно половины всей ДНК. Этот процесс происходит быстро и с очень высокой точностью, чтобы избежать мутаций, вредных для клетки и организма в целом.

Чтобы понять на молекулярном уровне, как ДНК-полимераза эпсилон строит новую ДНК так быстро и точно, исследователи использовали метод рентгеновской кристаллографии и получили детальное изображение белка, застигнутого в момент построения нового фрагмента ДНК. Они обнаружили, что ДНК-полимераза эпсилон имеет уникальную белковую структуру — домен, который ранее не наблюдался ни в одной другой полимеразе. Этот новый домен указывает, что фермент выработал уникальный способ удерживать копируемую ДНК, не срываясь и не начиная процесс заново.

Дополнительные эксперименты подтвердили новую модель и показали, что новый домен (названный P-доменом) критически важен для способности белка строить длинные цепи ДНК, не прерываясь. Это ключевое свойство позволяет ДНК-полимеразе эпсилон выполнять свою роль в копировании ДНК и воспроизведении генома при делении клетки.

В рамках современных международных проектов по секвенированию ДНК опухолевых клеток и семей с наследственными заболеваниями недавно была обнаружена серия мутаций в ДНК-полимеразе эпсилон, которые напрямую связаны с развитием колоректального рака и рака шейки матки.

«Структура полимеразы, которую мы определили, позволяет увидеть, где эти мутации приводят к изменениям в структуре ДНК-полимеразы эпсилон, — говорит профессор Эрик Йоханссон. — Это может помочь нам понять, почему определённая мутация способствует развитию определённого рака».

Исследование провели профессор Эрик Йоханссон и профессор Элизабет Сауэр-Эрикссон.