Ученые раскрыли "молниечный" механизм синтеза теломер человеческой теломеразой

Теломера — это область повторяющихся нуклеотидных последовательностей, связанных со специализированными белками на концах линейных эукариотических хромосом. Она защищает хромосомы от прогрессирующей деградации и обеспечивает их целостность. При делении клетки теломеры в человеческих соматических клетках постепенно укорачиваются, что ограничивает количество возможных делений. Поэтому теломеры считаются тесно связанными со старением клеток. Теломераза активируется во время деления клетки, чтобы синтезировать теломерную ДНК и компенсировать потерю теломер.

Исследовательская группа под руководством профессора Ли Гохуя из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с группами профессора Лэй Мина и профессора У Цзяня из Шанхайского университета Цзяо Тун раскрыла ключевые молекулярные механизмы того, как теломераза многократно использует свою РНК-матрицу для синтеза теломерной ДНК. Их исследование было опубликовано в Cell Research 15 ноября.

Структурные основы и теоретическое моделирование

Предыдущие исследования показали, что канонической обратной транскриптазе (RT) для инициации синтеза ДНК требуется дуплекс праймер-матрица длиной не менее шести пар оснований, в то время как человеческой теломеразе для поддержания каталитической активности нужен дуплекс праймер-матрица всего из трех пар оснований. Механизм этого явления оставался неясным.

Группа из Шанхайского университета Цзяо Тун определила крио-ЭМ структуру голофермента человеческой теломеразы со связанной теломерной ДНК с разрешением 3.54 Å для каталитического ядра и 3.94 Å для модуля биогенеза.

На основе этой структурной информации и теоретических исследований, проведенных группой профессора Ли Гохуя, было показано, что ключевая аминокислота Leu980 в каталитической субъединице человеческой теломеразы играет решающую роль в контроле длины и спаривания гибридной двойной спирали ДНК-РНК.

"Молниечный" механизм Leu980

Исследователи обнаружили, что Leu980 действует как "головка молнии", которая разделяет субстрат и поддерживает только трехпарный дуплекс праймер-матрица.

Теоретические исследования показали, что мутация Leu980 в Gly восстанавливает более плотную конформацию гибрида ДНК-РНК из шести пар оснований. Последующие биохимические эксперименты подтвердили, что мутация Leu980Gly влияет на способность человеческой теломеразы к непрерывному и стабильному синтезу ДНК.

Эта работа дает новое понимание для углубленного изучения синтеза теломерных повторов.