Открытие в репарации ДНК может улучшить биотехнологии

Исследователи из Колледжа ветеринарной медицины Университета штата Мичиган сделали открытие, которое может иметь значение для стратегий терапевтического редактирования генов, диагностики и терапии рака и других достижений в биотехнологии.

Профессор Кэти Мик и её коллабораторы из Кембриджского университета и Национальных институтов здравоохранения (NIH) обнаружили ранее неизвестный аспект того, как репарируются двуцепочечные разрывы ДНК.

Большая протеинкиназа DNA-PK запускает процесс репарации ДНК. В новом отчёте охарактеризованы два различных белковых комплекса DNA-PK, каждый из которых выполняет специфическую роль в репарации ДНК, которую не может взять на себя другой.

"Это до сих пор вызывает у меня мурашки, — говорит Мик. — Я не думаю, что кто-либо мог это предсказать".

Результаты работы Мик опубликованы в журнале Molecular Cell.

Как репарируются двуцепочечные разрывы ДНК

ДНК, чертёж жизни, имеет форму двойной спирали, но её удивительно легко повредить. Например, ультрафиолетовый свет и многие методы лечения рака, включая ионизирующее излучение и определённые препараты, могут вызывать повреждения ДНК. Иногда разрывается только одна из двух цепей. Поскольку ДНК всё ещё удерживается второй цепью, клетки могут довольно легко восстановить её, просто скопировав информацию со второй цепи.

Клеткам сложнее репарировать повреждения, когда разорваны обе цепи. Информация в виде нуклеотидов может быть потеряна и должна быть добавлена обратно перед воссоединением концов ДНК. Если в клетке несколько двуцепочечных разрывов, концы ДНК могут соединиться с неправильным партнёром. Такой тип ошибки часто ассоциирован со многими видами рака.

Двуцепочечные разрывы также могут быть сложнее для репарации, если повреждающие ДНК агенты вызывают химические модификации на концах ДНК. Повреждённые концы ДНК часто называют "грязными" концами.

DNA-PK может помочь репарировать двуцепочечные разрывы ДНК одним из двух способов. Для разрывов с потерей информации она может привлекать ферменты, которые заполняют недостающие нуклеотиды — подобно игле и нити, сшивающим ДНК обратно. Для "грязных" концов DNA-PK рекрутирует ферменты, которые могут отрезать повреждённую ДНК, чтобы концы можно было воссоединить.

Это уже было известно, но ключевой вопрос оставался без ответа в научной литературе — до сих пор: как DNA-PK определяет, нужно ли заполнять или отрезать концы при двуцепочечном разрыве?

Открытие двух комплексов DNA-PK: заполнение и отрезание

Команда Мик и их коллабораторы ранее опубликовали структурные исследования, которые выявили два разных комплекса (димера) DNA-PK. Хотя многие молекулярные генетики уже подозревали, что DNA-PK помогает удерживать концы ДНК вместе в процессе воссоединения, многие задавались вопросом, почему существует два димера, а не один.

В новом исследовании Мик и её коллабораторы обнаружили, что два различных димера DNA-PK имеют разные функции: один комплекс рекрутирует ферменты, заполняющие потерянную информацию, а другой активирует режущие ферменты, удаляющие "грязные" концы. Команда также обнаружила, что эффективность репарации зависит от равновесия между двумя димерами.