Как работает «страж» генома: открыт механизм ремонта ошибок в ДНК
Учёные из группы по изучению целостности генома и структурной биологии Испанского национального онкологического исследовательского центра (CNIO) под руководством Рафаэля Фернандеса-Лейро выяснили, как определённые белки обеспечивают исправление ошибок, возникающих при репликации ДНК. С помощью криоэлектронной микроскопии они визуализировали белок MutS, известный как «страж» нашего генома, и описали, как этот единственный белок координирует весь процесс репарации ДНК от начала до конца.
Исследование опубликовано в Nature Structural & Molecular Biology.
Ключевой процесс и его защита
Во время репликации ДНК-полимераза копирует генетическую информацию клетки. Этот процесс очень точен, но ошибки всё же возникают. Их исправление критически важно, так как неисправленные ошибки могут привести к развитию опухолей.
Ранее было известно, что у ДНК-полимеразы есть собственный «корректор» — экзонуклеаза. Однако, когда её возможностей недостаточно, в дело вступает белок MutS. Он сканирует новую ДНК на наличие ошибок, а затем инициирует и завершает их ремонт. До сих пор было неясно, как один белок может координировать столько разных процессов.
Раскрытый механизм
«С помощью криоэлектронной микроскопии мы смогли наблюдать за MutS во время выполнения его функций и зафиксировать его молекулярную структуру в последовательных конформациях. Эта информация позволила нам понять, как один белок может координировать весь процесс, который должен быть чрезвычайно точным», — объясняет Рафаэль Фернандес-Лейро.
Значение для медицины
Глубокое понимание процесса репарации ДНК с участием ДНК-полимеразы, экзонуклеазы и белка MutS необходимо, чтобы узнать, как нарушения в работе этих белков приводят к мутациям и повышают риск развития определённых типов опухолей, таких как синдром Линча и рак эндометрия.
Роль технологий
Исследователи подчёркивают, что расшифровка структур белков стала возможной благодаря огромному технологическому прогрессу в области электронной микроскопии последних лет.
«Электронная микроскопия позволяет получать изображения белков с очень высоким разрешением в момент, когда они выполняют свои функции. По этим изображениям мы можем реконструировать трёхмерную структуру белка на компьютере и создать атомную модель, которая объясняет принцип его работы», — заключает Фернандес-Лейро.