Структура двойной геликазы в крио-ЭМ показывает, как расплетается двойная спираль ДНК при репликации

Точная репликация ДНК при делении клеток — фундаментальный процесс для жизни. Новое исследование раскрывает ключевой этап начала этого процесса: как две цепи двойной спирали разделяются.

Международная коллаборация учёных из Лондона, Гранд-Рапидс (Мичиган) и Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (Нью-Йорк) впервые получила атомарную структуру двух геликаз Mcm2-7, загруженных «голова к голове» с видимой двойной спиралью ДНК в центральном канале. Эта конфигурация является частью пререпликативного комплекса (pre-RC).

Ключевые открытия:

  • Структура «двойного гексамера» (DH): Две шестисторонние геликазы Mcm2-7, окружающие ДНК, напоминают симметричные структуры, состыкованные друг с другом.
  • «Зигзагообразный» путь ДНК: Внутри канала двойная спираль занимает изогнутый, зигзагообразный путь.
  • Заряженная напряжением конфигурация: Двойные кольца геликаз загружаются с внутренним напряжением, создавая крутильную деформацию в ДНК — подобно сжатой пружине.
  • Механизм разделения цепей: Белковые субъединицы гексамеров с помощью петлевых структур удерживают ДНК. Исследователи предполагают, что напряжение приводит к тому, что каждая цепь упирается в закрытую «дверь» на противоположных сторонах кольца.
  • «Выдавливание» отстающей цепи: При активации репликации (с помощью протеинкиназ) одна «дверь» открывается, и одна цепь ДНК выдавливается (extruded) наружу, становясь отстающей цепью (lagging strand). Другая цепь остаётся в канале как лидирующая цепь (leading strand).
  • Движение в противоположных направлениях: Молекулярные моторы, загруженные на гексамеры, обеспечивают энергию для их разделения. Активированные геликазы движутся друг мимо друга, реплицируя цепи в противоположных направлениях.

Методология: Открытие стало возможным благодаря передовой технологии крио-электронной микроскопии (cryo-EM) в Институте Ван Андела, позволившей получить трёхмерное изображение частиц белок-ДНК с почти атомарным разрешением.

Исследование даёт прямое структурное объяснение тому, как начинается разделение цепей двойной спирали — процесс, остававшийся загадкой, несмотря на знание общих принципов репликации.