Наблюдение ферментативных процессов на ДНК в реальном времени
Повреждения ДНК, в частности разрывы её цепей, происходят ежедневно во всех клетках человеческого тела. Это вызвано как внутренними факторами (например, свободными радикалами, образующимися при воспалении и клеточном дыхании), так и внешними (космическое фоновое излучение, рентгеновские лучи при диагностике). Разрывы цепей ДНК могут привести к гибели клетки или мутациям, способствуя развитию рака и процессу старения.
Восстановление ДНК ферментом PARP1
Клетки обладают инструментами для эффективного ремонта таких разрывов. Один из них — фермент поли(АДФ-рибоза)-полимераза 1 (PARP1). Он обнаруживает разрыв цепи ДНК, что активирует его каталитическую функцию. Используя субстрат никотинамидадениндинуклеотид (NAD+), PARP1 производит поли(АДФ-рибозу) (PAR) — цепочечный биополимер, который служит сигнальной молекулой, координирующей дальнейший клеточный ответ на повреждение. Затем PARP1 отсоединяется от места повреждения, освобождая путь для следующих этапов репарации. Этот процесс имеет медицинское значение, особенно в свете того, что фармакологические ингибиторы PARP1 недавно начали применяться в терапии рака.
Наблюдения в реальном времени с помощью инфракрасной спектроскопии
Учёные из Констанцского университета (рабочие группы профессоров Асвина Мангерича, Александра Бюркле и Карин Хаузер) детально визуализировали биохимические процессы, которые PARP1 осуществляет на разрыве ДНК. Для этого они использовали специальный метод инфракрасной спектроскопии (ATR-FTIR), ранее успешно применявшийся для изучения взаимодействий белка-супрессора опухолей p53 с ДНК и PAR.
Особенность нового исследования — возможность изучать молекулярные процессы PARP1 на разрывах ДНК в реальном времени. Это позволило выявить динамические изменения в структуре белка и получить новые данные о лежащих в основе механизмах. Работа велась в рамках докторской диссертации Анники Крюгер, поддержанной Исследовательской школой химической биологии, Zukunftskolleg и Коллаборативным исследовательским центром 969 Университета Констанца.
В принципе, этот спектроскопический метод можно использовать для детального изучения с молекулярным разрешением и других ферментативных процессов на ДНК. В долгосрочной перспективе это может способствовать лучшему пониманию механизмов развития рака и старения, а также принципа действия противоопухолевых препаратов.
Исследование опубликовано в текущем выпуске научного журнала Nature Communications.