Гуманизированная дрожжевая ORC проливает свет на терапию рака и развитие человека

Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) и Гонконгского университета (HKU) показали, что фактор селективности комплекса распознавания начала репликации (ORC) для связывания с ДНК заключается в 19-аминокислотной вставке-спирали в субъединице Orc4, которая присутствует у дрожжей, но отсутствует у человека.

Удаление этого мотива из Orc4 превращает дрожжевую ORC, которая выбирает точки начала репликации на основе специфического связывания с определёнными последовательностями ДНК, в комплекс, чья селективность диктуется ландшафтом хроматина (геномным профилем нуклеосом). Это характерная черта, присущая человеческой ORC.

• Дальнейшее понимание предпочтительных форм ДНК и требований к позиционированию нуклеосом даст новое представление о пластичности человеческой ORC при выборе сайтов инициации репликации в ходе запрограммированного развития и трансформации при заболеваниях.
• Это также поможет выявить потенциальные мишени для скрининга противоопухолевых препаратов и разработки терапии.

Фундаментальный вопрос

ORC высококонсервативна по структуре и функции от дрожжей до человека, но нацеливается на сайты ДНК, не имеющие очевидных общих черт в этих системах. Причина этого различия долгое время оставалась загадкой.

Структура определяет функцию

• В 2018 году была определена высокоразрешающая структура дрожжевой ORC с помощью криоэлектронной микроскопии.
• Сравнение с человеческой ORC выявило ключевое различие в субъединице Orc4: у дрожжей в ней есть дополнительный 19-аминокислотный мотив, осуществляющий специфические контакты с ДНК начала репликации.
• Удаление этого мотива в дрожжевых клетках превратило дрожжевую ORC в комплекс, ведущий себя подобно человеческой ORC — «гуманизированную» ORC.

Значение для медицины

• Неправильная регуляция инициации репликации может вызвать недорупликацию или перерепликацию ДНК, что ведёт к нестабильности генома — характеристике почти всех видов рака у человека.
• Подавление инициации репликации считается эффективной противораковой стратегией для избирательного уничтожения раковых клеток через апоптоз.
• «Наши исследования закладывают прочную основу для идентификации пар взаимодействий, критических для распознавания начала репликации и загрузки хеликазы, которые могут стать мишенями для скрининга и разработки противораковых препаратов», — отметил профессор Чжай Юаньлян (HKU).

Мультидисциплинарный подход

Исследование началось с атомной модели дрожжевой ORC, связано с геномными анализами и биохимическими экспериментами и привело к пониманию эволюции ORC по мере усложнения геномных и эпигеномных структур у эукариот. Это понимание также содержит критическую информацию о трансформации заболеваний, часто связанной с пластичностью репликации ДНК.