Как восстанавливаются разрывы в ДНК

Исследователи из отдела биологии Технического университета Дармштадта обнаружили, что процессы восстановления повреждений ДНК гораздо сложнее, чем считалось ранее. Концы разрывов двойной спирали не просто соединяются — сначала они изменяются в тщательно отрепетированном процессе, чтобы можно было восстановить исходную генетическую информацию. Результаты опубликованы в журнале Molecular Cell.

ДНК, носитель нашей генетической информации, постоянно подвергается повреждениям. При самом серьёзном повреждении — двунитевом разрыве ДНК — разрываются обе нити двойной спирали, и спираль разделяется надвое. Если такие разрывы не будут эффективно восстановлены клеткой, важная генетическая информация теряется. Это часто приводит к гибели клетки или к необратимым генетическим изменениям и трансформации клетки. В ходе эволюции развились способы репарации этого повреждения, в которых множество ферментов совместно восстанавливают генетическую информацию с максимально возможной точностью.

На сегодняшний день существуют два основных способа восстановления двунитевых разрывов ДНК, которые сильно различаются по точности и сложности. Кажущийся более простым метод — негомологичное соединение концов — как можно быстрее соединяет концы разрыва, не уделяя особого внимания точному восстановлению утраченной генетической информации. Второй метод, гомологичная рекомбинация, напротив, использует точно идентичную информацию, присутствующую на сестринской копии, для высокоточной починки повреждённой ДНК. Однако такие сестринские копии есть только в делящихся клетках, так как генетическая информация должна быть удвоена перед делением. Большинство клеток человеческого тела не делятся, что, по-видимому, относит их к менее точному методу соединения концов.

Сложный ремонт двунитевых разрывов ДНК

«Здесь начинается наше исследование», — объясняет профессор TU Маркус Лёбрих, который вместе со своей рабочей группой и коллегами из Университета Сассекса в Англии уже много лет изучает восстановление двунитевых разрывов ДНК. «Нам было трудно понять, как важная генетическая информация может теряться в процессе репарации путём негомологичного соединения концов». В результате исследовательские группы изучили ферментативные процессы, происходящие на концах разрывов до их соединения, — с удивительными результатами. Вопреки прежним представлениям, концы разрыва не просто соединяются, а изменяются специфическими ферментами, чтобы утраченная в результате разрыва информация могла быть идентично восстановлена с помощью копии.

Важность для исследований рака

Эти изменения на концах разрыва — на профессиональном жаргоне называемые «резе́кцией» — сильно напоминают процесс гомологичной рекомбинации, где сестринская копия служит матрицей для точного восстановления. Просто в неделящихся клетках нет сестринской копии ДНК, поэтому пока неясно, откуда может взяться копия генетической информации, необходимая для точного ремонта. Тем не менее, новые данные ясно свидетельствуют о том, что неделящиеся клетки также используют копии генетической информации для восстановления двунитевых разрывов ДНК.

Это открытие также позволяет добиться прогресса в процедурах генотерапии, когда при существующих наследственных заболеваниях генетические ошибки, так сказать, исправляются с помощью введённых копий.