Древний фермент, создающий белки, защищает ДНК
Ученые из Исследовательского института Скриппса (TSRI) обнаружили, что фермент TyrRS, известный своей ключевой ролью в синтезе белков, имеет вторую важную функцию: защищать ДНК в условиях клеточного стресса.
Это открытие имеет фундаментальное научное значение и указывает на возможные терапевтические применения. Стратегии, усиливающие ДНК-защитную функцию TyrRS, могут помочь защитить людей от радиационных повреждений и наследственных дефектов систем репарации ДНК.
«Мы сверхэкспрессировали TyrRS у рыбок данио и обнаружили, что они были полностью защищены от повреждения ДНК, вызванного ультрафиолетовым излучением», — сказал профессор TSRI Сян-Лей Янг, руководивший исследованием.
Открытие также может привести к лучшему пониманию нейродегенеративного заболевания Шарко-Мари-Тута, некоторые случаи которого связаны с мутациями в гене TyrRS.
Множественные роли
TyrRS (тирозил-тРНК-синтетаза) принадлежит к семейству эволюционно древних ферментов, необходимых для сборки белков. Они распознают кодоны в транскриптах генов и присоединяют соответствующие аминокислоты — строительные блоки белков.
Основная задача TyrRS — распознавать генетические коды, специфичные для аминокислоты тирозина. Однако в последние годы у TyrRS и других тРНК-синтетаз, которых в клетках относительно много, были обнаружены дополнительные функции.
В новом исследовании команда, включая первого автора На Вэй, создала различные стрессовые условия в нескольких типах клеток. Ученые наблюдали, что только окислительный стресс (избыток реактивных форм кислорода) заставлял TyrRS перемещаться в ядро.
Анализ показал, что при попадании TyrRS в ядро резко активировались гены, связанные с защитой и репарацией ДНК. Исключение TyrRS из ядра предотвращало эту активацию.
«Мы обнаружили, что TyrRS способствует наиболее консервативному и безошибочному пути репарации ДНК — гомологичной рекомбинации, что помогает поддерживать стабильность генома при повреждениях», — сказала соавтор, эксперт по репарации ДНК Сяохуа У.
Эксперименты in vitro подтвердили, что перемещение TyrRS в ядро обеспечивает значительную защиту от окислительного повреждения ДНК.
Подтверждение на организме
Исследователи искусственно повысили экспрессию TyrRS у эмбрионов рыбок данио, что привело к накоплению фермента в ядрах. Это обеспечило сильную защиту от повреждения ДНК, вызванного УФ-излучением (один из триггеров окислительного стресса). Когда ученые заблокировали попадание TyrRS в ядра, защитный эффект исчез.
«Я был очень удивлен, увидев такой четкий результат», — сказал Янг.
Потенциальные медицинские применения
В принципе, терапия, которая доставляет больше TyrRS в ядра клеток или имитирует его активность там, могла бы обеспечить сильную защиту ДНК для людей, подвергшихся воздействию радиации или токсинов, или имеющих наследственные дефекты репарации.
Янг также надеется, что вновь выявленная роль TyrRS в ядре поможет прояснить механизмы болезни Шарко-Мари-Тута. Некоторые случаи этого заболевания связаны с мутациями в гене TyrRS, которые, как показало исследование 2009 года, не нарушают его основную ферментативную функцию в синтезе белка. Это делает ядерную функцию TyrRS следующим объектом для изучения.
«Я подозреваю, что ядерная функция TyrRS имеет отношение к болезни Шарко-Мари-Тута. Эта гипотеза была важной мотивацией для нашей работы, и мы намерены продолжить ее исследование», — сказал Янг.