Структурные механизмы работы в местах повреждения ДНК

Исследователи из группы Сьюзан Гассер и Центра изучения структуры белков в FMI выяснили механизм, с помощью которого комплекс Mec1-Ddc2 — киназа-супрессор опухолей, участвующая в ответе на повреждение ДНК, — собирается в местах повреждения. Они сосредоточились на взаимодействии Ddc2 с RPA, которое доставляет киназный комплекс Mec1-Ddc2 к одноцепочечной ДНК (ssDNA) в очагах повреждения. Структурные данные учёных FMI стали недостающим звеном между двумя ранее опубликованными структурами, позволив собрать масштабную композитную модель Mec1-Ddc2 на комплексе ssDNA-RPA.

Киназа ATR привлекает внимание более 20 лет. Это одна из двух центральных киназ, чувствующих повреждение ДНК в клетках млекопитающих, и одновременно супрессор опухолей. Два соединения, ингибирующих ATR, проходят клинические испытания для лечения лейкемии и солидных опухолей. Однако молекулярный механизм регуляции этого фермента оставался неясным.

Ишан Дешпанде, аспирант в группе Сьюзан Гассер в Институте биомедицинских исследований Фридриха Мишера (FMI), выяснил механизм сборки дрожжевого гомолога ATR — киназы Mec1 — в местах повреждения ДНК для локальной активации.

У дрожжей, как и у людей, Mec1 образует комплекс с регуляторной субъединицей Ddc2 (у человека — ATRIP). При повреждении ДНК обнажаются длинные участки одноцепочечной ДНК, которые быстро покрываются белком репликации A (RPA). Комплекс Mec1-Ddc2 распознаёт эти участки ssDNA-RPA и накапливается на них, чтобы запустить механизмы репарации.

Дешпанде и коллеги определили трёхмерную структуру N-концевого домена Ddc2 в комплексе с частью RPA, получив структурные данные о связи между RPA и Mec1, которая до сих пор оставалась загадкой. «Мы получили высокоразрешающую со-кристаллическую структуру N-конца Ddc2 вместе с субъединицей RPA», — пояснил Дешпанде. Эти данные показали, что Ddc2 образует гомодимеры и связывает RPA своим N-концом. «Интересно, что наша структура Ddc2-RPA — это недостающее звено между двумя ранее опубликованными структурами, что позволило нам собрать масштабную композитную модель Mec1-Ddc2 на ssDNA-RPA в местах повреждения ДНК».

N-конец Ddc2 не только обеспечивает взаимодействие Mec1 с RPA, но и действует как спейсер для киназы Mec1. Дешпанде объясняет: «Удлинённый N-конец Ddc2 позволяет крупному киназному модулю Mec1 перемещаться, не сталкиваясь с повреждённой ДНК или репарационным комплексом, работающим в месте повреждения. Кроме того, спейсер Ddc2 может позволять Mec1 фосфорилировать множество пространственно разобщённых субстратов, оставаясь привязанным к месту повреждения ДНК. Можно представить N-конец Ddc2 как шею жирафа, которая позволяет ему дотянуться до травы на земле и до листьев на высоком дереве».

Правильная активность Mec1-Ddc2 важна для всех типов репарации повреждений ДНК. Однако функциональные данные Дешпанде и коллег показывают, что N-конец Ddc2 особенно важен для выживания клеток после повреждения ДНК ультрафиолетом. «Наша модель предполагает, что простое рекрутирование Mec1-Ddc2 к ssDNA может способствовать его гомодимеризации и, следовательно, активации комплекса Mec1-Ddc2», — объясняет Дешпанде.

Сьюзан Гассер также отмечает, что «это было замечательное сотрудничество между моей лабораторией и Центром изучения структуры FMI, позволившее нам перейти от структуры к функции».