Ученые раскрыли ключевые этапы репарации ДНК

Исследователи из Токийского столичного университета изучили репарацию ДНК с помощью гомологичной рекомбинации. В этом процессе белок RecA восстанавливает разрывы двуцепочечной ДНК, встраивая одноцепочечный конец в интактную двойную спираль и используя неповрежденную последовательность как матрицу для починки.

Они обнаружили, что RecA находит место для встраивания одноцепочечной ДНК в двойную спираль без ее раскручивания даже на один виток. Эти результаты открывают новые направления в исследованиях рака. Работа опубликована в Nucleic Acids Research.

Как работает репарация

Гомологичная рекомбинация (HR) — это повсеместный биохимический процесс, существующий у всех живых организмов. Разрыв обеих цепей двойной спирали ДНК может быть катастрофическим для клетки. HR постоянно репарирует такие повреждения.

Во время HR:

  1. Один из оголенных концов разрыва отщепляется (резекция), обнажая одноцепочечный участок.
  2. Белок RecA (или его аналог) связывается с этой одноцепочечной ДНК и с неповрежденной двойной спиралью поблизости.
  3. Белок "ищет" гомологичную последовательность.
  4. Найдя правильное место, он встраивает одноцепочечную ДНК в двойную спираль (инвазия цепи).
  5. Разорванная цепь восстанавливается с использованием существующей ДНК как матрицы.

HR обеспечивает точное восстановление двуцепочечных разрывов и обмен генетической информацией, что важно для биоразнообразия. Однако детальная картина процесса, особенно когда RecA удерживает обе цепи, оставалась неясной.

Разгадка механизма

Команда профессора Кодзи Хироты проверила две конкурирующие модели того, что происходит во время HR:

  1. RecA раскручивает участок двойной спирали на этапе "поиска гомологии".
  2. Раскручивания не происходит до момента инвазии цепи; поиск гомологии идет без раскручивания.

Исследователи, в сотрудничестве с Токийским столичным институтом медицинских наук, использовали два подхода:

  • Применили мутантную версию RecA, не способную разделять цепи (раскручивать спираль). Это практически не повлияло на репарацию ДНК.
  • Измерили кручение (торсионное напряжение) в спирали на разных этапах процесса. Обнаружили, что раскручивание происходит только после завершения поиска гомологии, то есть в момент инвазии цепи.

Впервые было четко показано, что верна вторая модель: RecA находит место для встраивания без предварительного раскручивания двойной спирали.

Значение для медицины

Детальное понимание HR важно для изучения причин заболеваний. Например, факторы, связанные с раком молочной железы (BRCA1 и BRCA2), также ответственны за правильную загрузку одноцепочечной ДНК на белок RAD51 — человеческий аналог RecA.

Это позволяет предположить, что проблемы с гомологичной рекомбинацией могут лежать в основе высокой частоты рака молочной железы у пациентов с наследственными дефектами в генах BRCA1 или BRCA2. Команда надеется, что их открытие задаст новые векторы в исследованиях онкологических заболеваний.