Новый УФ-опосредованный механизм репарации ДНК

Ультрафиолетовый свет повреждает ДНК. Однако исследователи из LMU показали, что он также может опосредовать неферментативный ремонт одного из типов повреждений, хотя и в специфическом контексте. Этот эффект мог играть жизненно важную роль в ранней эволюции живых систем.

Ультрафиолетовая составляющая солнечного света запускает фотохимические реакции в молекулах ДНК. Эти реакции могут приводить к изменениям структуры ДНК, которые ведут к мутациям, способным вызвать гибель клетки или способствовать опухолеобразованию. Исследователи из LMU под руководством профессора Томаса Карелла и профессора Вольфганга Зинта теперь показали, что сама ДНК может репарировать один из наиболее распространённых типов УФ-повреждений с помощью неферментативного механизма, который сам зависит от УФ-света. Новые результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Клетки обладают множеством сложных ферментативных механизмов для репарации повреждённой ДНК. Команда Зинта и Карелла обнаружила первый пример механизма репарации, зависящего от последовательности, который вообще не требует участия ферментов.

Последовательностно-специфичная репарация

Наиболее распространённый тип повреждения, возникающий при взаимодействии УФ-излучения с ДНК, — это так называемый циклобутановый пиримидиновый димер (CPD), в котором соседние тимины в одной цепи сшиваются вместе. Но УФ-свет также генерирует короткоживущие, заряженные и высокореактивные химические частицы — радикалы — между соседними основаниями в одной цепи. «Раньше считалось, что эти пары радикалов вызывают дальнейшие повреждения. Однако мы показали, что радикальные пары, образованные между специфическими комбинациями оснований, могут фактически репарировать уже произошедшее повреждение», — говорит Вольфганг Зинт. Движущей силой процесса репарации являются сами вовлечённые основания. Пары радикалов, образованные рядом с CPD, способны восстановить его посредством процесса переноса заряда.

«В отличие от всех других известных механизмов репарации, этот способ репарации присущ самой ДНК. Он не зависит от вмешательства ферментов, как во всех других известных случаях», — говорит Томас Карелл. Однако новый механизм высококонтекстно-зависим и работает только для небольшого набора последовательностей ДНК. Исследователи показали, что он работает для последовательности GATT (когда последовательность TT образует CPD), и теперь планируют систематический поиск для идентификации всех контекстов последовательностей, в которых механизм функционирует.

Возможная роль в пребиотической эволюции

Это открытие показывает, что УФ-свет оказывает двойное действие на ДНК. Излучение не только вредоносно, но также может обеспечить средство для устранения некоторых причиняемых им повреждений. Этот ранее неизвестный механизм мог играть решающую роль в ранней эволюции живых систем. «Последовательности, способные к самовосстановлению, по сути более устойчивы к интенсивному УФ-излучению, чем другие. В пребиотические времена, когда первые нити нуклеиновых кислот собирались в функциональные последовательности, поверхность Земли постоянно подвергалась очень высокому потоку УФ-излучения. Вероятно, это действовало как главный фактор отбора в период появления первых жизнеспособных протобиологических структур и должно было оказать решающее влияние на их эволюцию», — говорит Вольфганг Зинт.