Как формируются точки начала репликации у многоклеточных эукариот

Загрузка репликативной хеликазы на ДНК — ключевое событие при инициации репликации хромосомной ДНК. Оно происходит в специфических участках хромосом, называемых точками начала репликации (ориджинами), и облегчается белковым комплексом ORC. Исследователи из группы Бляйхерт (ныне в Йельском университете), разрешив крио-ЭМ структуры ORC, связанного с ДНК, расширили понимание того, как инициируется репликация ДНК у животных.

У высших эукариот репликация ДНК начинается в тысячах участков генома — ориджинах. Мультисубъединичный белковый комплекс Origin Recognition Complex (ORC) связывается с этими ориджинами и необходим для начала репликации, так как он загружает репликативную хеликазу на ДНК. У дрожжей ориджины определяются консервативной консенсусной последовательностью, которую распознаёт ORC. Однако у животных (метазоев) оставалось неясным, как определяются ориджины; предполагалось, что в их распознавании помогают хроматиновые сигналы и локальная структура ДНК.

Ян Мартен Шмидт в своей докторской диссертации в группе Франциски Бляйхерт посвятил работу решению давнего вопроса: как ORC метазоев взаимодействует с ДНК ориджина без направляющей консенсусной последовательности. Он хотел понять, как геометрия ДНК, а не специфическая последовательность, может влиять на связывание ORC и, в конечном итоге, на загрузку хеликазы.

Основные результаты:

• С помощью крио-электронной микроскопии были решены структуры ORC дрозофилы, связанного с ДНК.
• Структуры показали, что АТФазные домены ORC метазоев эволюционно приобрели множественные элементы для контакта с ДНК.
• ORC окружает ДНК, стабилизируя инициатор на ориджинах, и изгибает ДНК.
• Показано, что ORC предпочтительно связывается с богатой AT ДНК, связывание ДНК может быть не связано с её изгибанием, а само изгибание ДНК способствует загрузке хеликазы in vitro.

Как резюмирует Шмидт: «Мы предполагаем, что геометрия ДНК важна для опосредованной ORC загрузки хеликазы и может помогать определять местоположение ориджинов метазоев in vivo. Наши результаты помогут научному сообществу в дальнейшем решении вопроса о том, как у человека выбираются участки для начала репликации».