Рентгеноструктурный анализ раскрыл механизм работы белка, критически важного для разделения хромосом у бактерий
При делении клеток реплицированные хромосомы, несущие ДНК, разделяются и расходятся к дочерним клеткам. Этот процесс сегрегации хромосом важен для всех форм жизни, чтобы каждая дочерняя клетка получила полную копию генетической информации родительской.
Во время сегрегации ДНК либо «тянут», либо «толкают» к дочерним клеткам. Все известные механизмы сводятся к трём основным компонентам: белки, организующие и распутывающие хромосомы; белок, потребляющий нуклеотидтрифосфат для создания направленной силы; и адапторный белок, который связывает эту силовую машинерию с ДНК.
Адапторный белок играет ключевую роль в координации сегрегации и организации хромосом. Эта задача нетривиальна даже для простых организмов, таких как бактерии. У многих бактерий за сегрегацию отвечает трёхкомпонентный комплекс ParA-ParB-parS.
Участок ДНК parS первым разделяется после репликации хромосомы. Прилегающие к parS области ДНК занимают сотни молекул адапторного белка ParB, которые затем взаимодействуют с белком-партнёром ParA, чтобы направить хромосомы к дочерним клеткам.
Несмотря на биологическую важность процесса, до конца не было понятно, как множество молекул ParB собирается вблизи parS.
Чтобы это выяснить, группа доктора Тунга Ле сотрудничала с Платформой белковой кристаллографии в Центре Джона Иннеса и группой доктора Анджаны Бадринараянан из Национального центра биологических наук (NCBS, Бангалор, Индия).
Команда решила методом рентгеноструктурного анализа структуры молекулы ParB (из пресноводной бактерии Caulobacter crescentus), связанной либо с ДНК parS, либо с малой молекулой цитидинтрифосфата (CTP).
Исследование показало, что ParB изначально представляет собой открытую «застёжку», когда связывается с ДНК parS.
После связывания с CTP ParB закрывает серию «молекулярных ворот», смыкая застёжку и оборачиваясь вокруг ДНК. Эта закрытая застёжка ParB теперь может скользить вдоль ДНК, подобно поезду по рельсам, перемещаясь в отдалённые участки. Множество таких застёжек могут последовательно оборачиваться вокруг ДНК и двигаться по ней, что, вероятно, и объясняет, как сотни ParB самостоятельно собираются вблизи parS внутри клеток.
Команда также идентифицировала «заблокированную» мутантную форму ParB, которая, связавшись с ДНК, не может открыть застёжку, чтобы её отпустить. Интересно, что клетки с такой мутантной формой нежизнеспособны, что указывает на важность динамического цикла закрытия и открытия застёжки ParB для правильной сегрегации хромосом.
«Я рад, что мы на шаг ближе к пониманию того, как бактерии точно разделяют свою генетическую информацию. Система ParABS также важна для передачи многих клинически значимых плазмид, поэтому полученные знания могут быть полезны для снижения распространения плазмидной устойчивости к антибиотикам», — сказал доктор Тунг Ле.
Исследование опубликовано в журнале eLife.