Расшифрован ключевой шаг молекулярного «танца» удвоения ДНК
Учёные из Национальной лаборатории Брукхейвен Министерства энергетики США и их коллабораторы зафиксировали ключевой этап процесса репликации ДНК. Они получили молекулярные изображения, показывающие, как фермент, расплетающий двойную спираль ДНК (хеликаза), притягивается и насаживается на свою цель. Исследование, опубликованное в журнале Nature Structural & Molecular Biology, углубляет понимание этого фундаментального биологического процесса и может указать новые пути для остановки деления клеток, когда оно идёт неправильно, например, при раке.
Международное сотрудничество и метод
Работа стала результатом сотрудничества:
- Молекулярно-биологический опыт — лаборатория Кристиана Шпека (Имперский колледж Лондона) и группа Брюса Стиллмана (Лаборатория в Колд-Спринг-Харбор).
- Экспертиза в криоэлектронной микроскопии — Брукхейвенская лаборатория.
Чтобы поймать неуловимые промежуточные структуры, существующие краткие мгновения, учёные:
- Замедлили процесс, используя медленно действующий источник энергии.
- Смешали очищенные компоненты: комплекс распознавания начала репликации (ORC), фактор инициации, ядро хеликазы.
- «Заморозили» промежуточное состояние, подобно танцорам, остановившимся при внезапном прекращении музыки.
Цзинчуань Сунь в Брукхейвене буквально заморозил образцы в льду, сделал десятки тысяч снимков на криоэлектронном микроскопе и с помощью компьютерного ПО восстановил трёхмерную структуру из двумерных изображений.
Ключевое открытие: изменение формы ORC
Сравнение новой структуры (компоненты хеликазы, связанные с ORC) со структурой ORC, определённой ранее, выявило конформационные изменения:
- Связывание компонентов ядра хеликазы смещает ORC в спиральную конформацию.
- Эта спиральная форма близко соответствует спиральной форме двухцепочечной ДНК.
Значение и перспективы
- «Недостающее звено»: Исследование раскрывает, что происходит с хеликазой до того, как она окружает ДНК и начинает расплетать цепи.
- Универсальный механизм: Обнаружено, что спиралевидный ORC похож на другой спиральный белковый комплекс, который насаживает на ДНК кольцеобразную структуру, удерживающую ДНК-полимеразу. Оба этих энергозависимых молекулярных аппарата, открытых лабораторией Стиллмана почти два десятилетия назад, используют схожий механизм для загрузки своего «груза» на ДНК.
- Борьба с раком: Поскольку неконтролируемое деление клеток и нарушения в дупликации ДНК — отличительные черты рака, понимание этих молекулярных деталей может указать на новые мишени для терапии.