Биологи раскрыли полную последовательность механизма репарации ДНК

Каждый живой организм имеет ДНК и осуществляет её репликацию — процесс создания точной копии ДНК во время деления клетки. Этот процесс отработан, но в нём могут возникать проблемы.

Репликация, индуцированная разрывом (BIR), — один из способов решения таких проблем. У людей она используется в основном для репарации разрывов ДНК, которые нельзя исправить иначе. Однако сам процесс BIR и то, как он проводит починку, могут вызывать геномные перестройки и мутации, способствующие развитию рака.

«Это своего рода палка о двух концах», — говорит Анна Малкова, профессор биологии Университета Айовы, изучающая BIR с 1995 года. — «Способность к репарации — это хорошо, и некоторые разрывы ДНК нельзя исправить другими методами. Так что идея очень хорошая. Но результаты могут быть плохими».

Новое исследование под руководством Малковой, опубликованное 20 января в журнале Nature, стремится раскрыть этот компромиссный механизм, впервые описав полную последовательность BIR от начала до конца.

Биологи разработали новую технику, позволившую им изучить на дрожжевой модели, как BIR работает на протяжении всего цикла репарации. До этого учёные могли изучать BIR только на начальных и конечных стадиях. Затем исследователи вводили препятствия для репликации ДНК, такие как транскрипция (процесс копирования ДНК для производства белков), с которыми, как считается, помогает справляться BIR.

«Наше исследование показывает, что когда BIR приходит на помощь при таких столкновениях, её прибытие обходится очень дорого», — говорит Малкова, автор-корреспондент исследования. — «Когда BIR встречается с транскрипцией, это может привести к ещё большей нестабильности и более высоким мутациям. Мы полагаем, что нестабильность, в основном обнаруживаемая в местах столкновения транскрипции и репликации и связываемая с раком, может быть вызвана именно BIR, пришедшей на помощь. Она приходит, спасает, но вопрос, насколько это действительно полезно».

Учёные знали, как BIR работает на некоторых стадиях. Например, известно, что репарационный аппарат формирует подобие пузыря вокруг повреждённой ДНК, затем движется вперёд, расплетая ДНК, копируя неповреждённые сегменты и, наконец, перенося эти скопированные сегменты на новую цепь ДНК.

Но оставалось неясным, как проследить за BIR на протяжении всего цикла репарации. Используя технику Droplet Digital PCR и новый метод очистки ДНК, разработанный аспирантом Липин Лю, исследователи смогли наблюдать BIR от начала до конца.

«Если представить это как поезд, Липин установила ряд станций и наблюдала, как поезд продвигается на каждой из них, отслеживая увеличение количества ДНК на каждой станции, насколько оно происходит, и, таким образом, в совокупности — как разворачивается весь процесс», — объясняет Малкова.

Затем команда намеренно вводила препятствия на некоторых «станциях» — транскрипцию и другое препятствие, называемое внутренними теломерными последовательностями, — чтобы наблюдать, как BIR реагирует на них.

Ключевые выводы:

• Когда транскрипция вводится вблизи начала процесса BIR, репарация не запускается, как будто подавляется.
• Ориентация транскрипции относительно BIR может влиять на цикл репарации и быть важным фактором, влияющим на нестабильность, способствующую развитию рака у людей.

«Учёные уже знают, что существует много нестабильности в местах, где высокая транскрипция встречается с нормальной репликацией», — говорит Малкова. — «Чего мы не знали до сих пор, так это откуда она берётся и почему происходит».

Первым автором исследования «Отслеживание репликации, индуцированной разрывом, показывает, что она останавливается перед препятствиями» является Липин Лю, аспирант шестого года обучения в лаборатории Малковой.