Молекулярная «липучка» помогла увидеть репарацию ДНК
Используя молекулярную «липучку» для присоединения светящегося зонда к белку, исследователи из Университета Вуллонгонга раскрыли механизм работы важного белка, ремонтирующего повреждённую ДНК у бактерий. Это важно для понимания развития антибиотикорезистентности.
Белок RecA действует как координационный центр при повреждении ДНК. Он активирует SOS-ответ, на который реагируют более 40 генов, оценивает масштаб повреждений и координирует ремонт.
Однако, как пояснил ведущий автор исследования доктор Харшад Гходке, процесс репарации может приводить к мутациям. RecA включает как безошибочные механизмы починки, так и — в качестве последней попытки спасти клетку — механизмы, вносящие ошибки при репликации ДНК.
«Эти изменения, или мутации, больше не распознаются как ошибки, и новая последовательность воспроизводится в новых поколениях клеток. Она не возвращается к исходной форме», — сказал доктор Гходке.
Это создаёт проблему при лечении инфекций. Пока антибиотики пытаются убить бактерии, RecA помогает клеткам выжить. Выжившие клетки приобретают потенциально устойчивые к антибиотикам мутации.
До сих пор главной сложностью в изучении RecA было то, что нельзя было увидеть, где именно происходит репарация внутри живых клеток.
«RecA окружает одноцепочечную ДНК, формируя филамент, который и сигнализирует об SOS-ответе, — объяснил доктор Гходке. — Обычно исследователи прикрепляют к RecA флуоресцентную метку, чтобы сфотографировать его за работой. Но с такой меткой RecA плохо выполняет свою функцию».
Кроме того, сигнал метки не позволяет отличить активный RecA от неактивного, хранящегося в клетке.
Команда использовала вирусный белок, который естественным образом взаимодействует с филаментом RecA, не мешая его работе, и «подсвечивает» его только во время ремонта ДНК.
Чтобы визуализировать этот процесс в живых клетках Escherichia coli, исследователи также создали физические 3D-модели RecA.
Директор Molecular Horizons, выдающийся профессор Антуан ван Ойен, отметил, что ключ к пониманию биологических процессов — в формах и структурах.
«Белки — динамичные объекты. Если мы думаем о них как о 3D-структурах, мы можем визуализировать, как они меняются. Это ведёт к более чёткому пониманию их работы».
Профессор ван Ойен заявил, что решённая командой задача открывает путь к новым методам лечения, преодолевающим устойчивость к антибиотикам.
«Антибиотикорезистентность — глобальная проблема. Если мы сможем визуализировать эти процессы, мы поймём физические связи между молекулами и структуру белков. Это потенциально позволит разработать новые препараты, которые предотвратят развитие резистентности у бактериальных клеток».
Исследование опубликовано в журнале eLife.