Как сталкиваются вилки: разрывы ДНК при репликации

Учёные из Института Уайтхеда, используя новую систему для изучения двунитевых разрывов ДНК, возникающих при амплификации генов во время репликации, прояснили причины таких повреждений генома. Поскольку ошибки репликации и амплификации ДНК приводят к хромосомным аномалиям, часто встречающимся в злокачественных клетках, эти данные могут углубить понимание некоторых механизмов прогрессирования рака.

В основе системы, разработанной в лаборатории Терри Орр-Уивер, лежат фолликулярные клетки яичников Drosophila — уникальный тип клеток, чья репликация ДНК жёстко регулируется в процессе развития организма. Это позволило команде манипулировать процессом, чтобы определить места двунитевых разрывов (DSBs), их вероятную причину и механизмы репарации. Система описана в Current Biology.

При успешной репликации генетический материал передаётся от материнской клетки к дочерней или увеличивается число копий ДНК в клетках тканей. В изучаемых клетках процесс ре-репликации (амплификации) начинается в шести специфических сайтах — DAFCs. В этих точках формируются репликационные вилки, которые движутся вдоль двуцепочечной ДНК, разделяя её для копирования.

Учёные предполагали, что DSBs возникают при столкновении репликационных вилок, но доказать это не удавалось. Используя комбинацию методов визуализации и секвенирования, Орр-Уивер и её группа обнаружили, что разрывы происходят именно в местах остановки вилок, почти наверняка из-за столкновения.

Также было установлено, что DSBs должны быть отремонтированы для продолжения движения вилок. Однако способ репарации оказался неожиданным. Разрывы ДНК залечиваются одним из двух путей: негомологичным соединением концов (NHEJ) — быстрым, но подверженным ошибкам, или гомологичной рекомбинацией (HR) — более медленной, но точной. Несмотря на важность точной репликации, клетки используют быстрый, но «грязный» путь NHEJ, чтобы поддерживать движение вилок. Скорость здесь важнее точности.

«NHEJ примерно в 14 раз быстрее HR, — отмечает первый автор работы Джессика Александер. — Фолликулярные клетки не заботятся о мутагенном пути репарации, потому что после амплификации они отторгаются. Любые возникшие мутации не повлияют на организм».

Эта система позволяет начать изоляцию отдельных компонентов путей репарации, определение их точных ролей и выяснение, вовлечены ли в процесс другие участки генома.