Учёные нашли недостающий элемент мощного комплекса репарации ДНК

Исследователи из Института Скриппс обнаружили, кристаллизовали и охарактеризовали плохо изученный компонент ключевого молекулярного комплекса, который помогает избегать рака, но также позволяет раковым клеткам сопротивляться химиотерапии.

Исследование опубликовано в журнале Cell от 2 октября 2009 года.

Эта биологическая машина — комплекс Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN) — обнаруживает и восстанавливает серьёзные повреждения ДНК, такие как двунитевые разрывы. Учёные показали, как компонент Nbs1 — последний крупный неописанный элемент комплекса — действует как гибкие щупальца осьминога, захватывая молекулы, необходимые для репарации двунитевых разрывов.

Предполагается, что такие разрывы (DNA double strand breaks, или DSBs) происходят в норме около 10 раз в день на клетку из-за нормальных процессов (репликация) и внешних факторов (солнечное излучение). Если их не исправить, возникают опасные хромосомные перестройки, ведущие к раку.

"Мы получили последний элемент картины того, как клетки исправляют тяжёлый тип повреждения ДНК, который может привести к раку", — говорит профессор Джон Тейнер, руководивший исследованием вместе с профессором Полом Расселом.

Однако, хотя комплекс MRN необходим для здоровья клетки, он также может восстанавливать больные клетки, которые терапия пытается уничтожить. Например, значительная часть химиотерапевтических препаратов предназначена для индукции двунитевых разрывов, которые затем может починить комплекс MRN.

"Новое исследование предлагает новые способы обезвреживания этого комплекса для улучшения лечения рака", — говорит Рассел.

Первый реагирующий

MRN — это первый, кто реагирует на двунитевой разрыв. Его роль похожа на работу врача, лечащего перелом: он соединяет концы разорванной кости, фиксирует их и даёт сигнал не нагружать конечность до заживления. Аналогично, MRN распознаёт разрыв в спирали ДНК, стягивает нити, инициирует репарацию путём гомологичной рекомбинации и посылает сигнал клетке прекратить деление до починки повреждения.

Учёные определили, что белки Mre11-Rad50 комплекса MRN первыми обнаруживают разрывы. Затем компонент Nbs1 активирует сигнал тревоги, останавливающий деление клетки, и координирует репарацию. В 2007 году лаборатория Рассела обнаружила один из таких белков-помощников — Ctp1 (у человека — CtIP), который направляется непосредственно к месту разрыва и начинает его ремонтировать.

"Комплекс MRN не может ремонтировать разрывы в одиночку. Ему нужна помощь других молекул", — говорит Джеральд Додсон, соавтор статьи.

Хотя две лаборатории смогли кристаллизовать Mre11 и Rad50 и понять их функцию, сделать то же самое для Nbs1 удалось только в этом исследовании.

"Структурная биология Nbs1 отсутствовала. У нас не было снимков того, как выглядит этот белок, поэтому мы не знали, как он работает", — говорит Скотт Уильямс, соавтор исследования.

Длинная рука MRN

Учёные обнаружили, что Nbs1 похож на щупальце осьминога. Это гибкий трос, который простирается от "головы" (Mre11-Rad50) к белкам, необходимым для обнаружения разрыва, остановки клеточного цикла и ремонта. Исследователи получили кристаллическую структуру Nbs1, связанного с Ctp1, и увидели, что это "щупальце" может доставлять Ctp1 к месту повреждения. Другой конец Nbs1, как полагают, связывается с киназой контрольной точки, которая усиливает сигнал MRN о остановке деления.

Важность белка Nbs1 была обнаружена при изучении пациентов с синдромом Ниймеген — редким заболеванием, вызванным мутацией в гене Nbs1. Эти пациенты очень чувствительны к радиации и имеют гораздо более высокий риск развития некоторых видов рака, включая лимфомы. "У этих пациентов трос Nbs1 разорван пополам, и мы смогли визуализировать, как эти мутации действуют", — говорит Уильямс.

Парадоксально, но индукция двунитевых разрывов — хороший способ убить раковые клетки. "Эти клетки реплицируются гораздо быстрее нормальных, поэтому их системы репарации ДНК — их ахиллесова пята", — говорит Уильямс. "Будущие эффективные методы лечения могут выводить из строя эти ремонтные системы, и наши структурно-биологические данные создают основу для понимания того, как нацелиться на эти системы, чтобы выбить их".