Исследование раскрывает, как фермент обнаруживает повреждения ДНК от ультрафиолета

Повреждения ДНК — постоянная угроза для клеточной жизни, поэтому их постоянно отслеживают и обнаруживают ферменты семейства РНК-полимераз, что приводит к последующему ремонту для поддержания целостности генома. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале PNAS, исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего с коллегами из Испании и Финляндии впервые описывают, как один тип РНК-полимеразы останавливается перед повреждениями ДНК, вызванными воздействием ультрафиолетового (УФ) света.

Эти повреждения — димеры тимина — представляют собой участки повреждения пар оснований, составляющих структуру ДНК. Они вызваны воздействием УФ-света (например, солнечного), который заставляет соседние пары оснований тимина связываться, нарушая целостность цепи ДНК. Без лечения эти повреждения могут в конечном итоге привести к раковым образованиям, таким как меланома.

РНК-полимераза I (Pol I) — фермент, ответственный за до 60% общей транскрипционной активности в растущих клетках. Это ключевой фактор контроля роста клеток, а также он отвечает за идентификацию повреждений и активацию ремонта в области рДНК — последовательности ДНК, кодирующей рибосомную РНК.

"Это самая активная РНК-полимераза в растущих клетках, поэтому её способность идентифицировать повреждения существенно влияет на то, сможет ли клетка выжить после генетического повреждения, вызванного УФ-излучением", — сказал соавтор Донг Ван.

В новом исследовании лаборатория Вана в сотрудничестве с Карлосом Фернандесом-Торнеро и коллегами из Испанского национального исследовательского совета в Мадриде объединила исследования ферментативной активности in vitro с криоэлектронной микроскопией, чтобы охарактеризовать механизмы, которые останавливают Pol I при приближении к повреждению для начала рекрутирования белков, ответственных за репарацию ДНК.

Ключевые выводы:

• Pol I способна чувствовать повреждение ДНК через специфические взаимодействия как с повреждённым основанием, так и с остовом ДНК, останавливаясь непосредственно перед тем, как повреждение достигает активного центра фермента.
• Исследование идентифицировало ключевую аминокислоту среди более чем 5000, составляющих Pol I, которая необходима для обнаружения повреждений ДНК, вызванных УФ-излучением.
• Интересно, что этот специфичный для Pol I остаток не существует в других формах РНК-полимераз. Мутационные исследования показывают, что этот остаток важен для контроля профиля остановки полимеразы у повреждений ДНК.

Поскольку РНК Pol I является ключевым фактором контроля роста клеток, она также представляет собой привлекательную мишень для противораковой терапии. Полученные данные могут открыть новый путь для разработки новых противораковых препаратов, нацеленных на транскрипционный аппарат РНК Pol I.