Снимок репарации ДНК

ДНК — это своего рода программный код организма, и её целостность критически важна для выживания. Однако по мере роста и деления клеток ДНК уязвима для повреждений, особенно для двунитевых разрывов (DSBs). Такие разрывы регулярно возникают в течение жизни. Защиту обеспечивает система репарации ДНК. Новое исследование учёных из Университета Осаки и Токийского университета описывает кристаллическую структуру ключевого элемента этой системы — связывания белка RNF168 с убиквитилированными белками — и обнаруживает уникальный механизм связывания, не встречающийся в других взаимодействиях такого типа.

Для активации репарации DSBs запускают процесс убиквитилирования. Белок RNF168 связывается с полиубиквитилированными белками и накапливается в месте повреждения ДНК.

Убиквитилирование — это присоединение белка убиквитина к другому белку. Затем убиквитин может связываться с самим собой через один из семи остатков лизина, формируя убиквитиновую цепь. RNF168 с высокой специфичностью связывается с цепями, соединёнными через лизин 63 (Lys63).

Поскольку связывание RNF168 с Lys63-цепями критически важно для рекрутирования других белков репарации, учёные исследовали молекулярные взаимодействия, обеспечивающие эту специфичность. Особый интерес представляли два домена RNF168, названные UDM1 и UDM2 (ubiquitin-dependent DSB recruitment module).

Были получены кристаллические структуры каждого домена RNF168 в комплексе с Lys63-цепью длиной в две молекулы убиквитина. Структуры показали, что взаимодействие стабилизируется множеством уникальных водородных связей и гидрофобных контактов, не характерных для других убиквитиновых цепей. UDM1 и UDM2 сворачивались в виде одиночных α-спиралей, связываясь с дистальным и проксимальным убиквитинами соответственно. Однако специфичность к Lys63-цепям определялась именно взаимодействием с дистальным убиквитином, что резко контрастирует с другими системами, где специфичность задаёт проксимальный убиквитин.

На основе структур учёные идентифицировали регионы в каждом UDM, ответственные за связывание: LRM1 и UMI в UDM1, а также UAD и MIU2 в UDM2. Условия связывания различались:

• Для UDM1 специфичность к Lys63-цепям зависела от расстояния и ориентации между LRM1 и UMI при связывании RNF168 с убиквитином.
• Для UDM2 ключевую роль играло пространство между двумя молекулами убиквитина в комплексе с RNF168.

Последующие эксперименты с мутантными белками показали, что связывание через UDM2 абсолютно необходимо для рекрутирования RNF168, в то время как UDM1 играет вспомогательную роль.