Ученые использовали «рентгеновское зрение» для изучения ранних стадий «фотокопирования» ДНК

Ученые из Университета Джонса Хопкинса создали 3D-модель белкового комплекса ORC, который подготавливает ДНК к удвоению. Эта модель, подобно фотороботу, помогла составить «профиль» деятельности этого ключевого белка. Однако новые данные раскрыли загадку: структура ORC показала, что он не всегда активен, как считалось ранее, и механизм его включения/выключения неизвестен.

Исследование будет опубликовано в журнале Nature 11 марта.

«Несмотря на то, что белковый комплекс ORC критически важен для жизни, мы мало знали о том, как он работает, — говорит профессор Джеймс Бергер. — Узнав, как он выглядит вплоть до расположения каждого атома, мы можем понять, где он взаимодействует с ДНК и как выполняет свою работу».

Перед делением клетка должна скопировать свои части, включая ДНК. Чтобы получить доступ к информации в двойной спирали ДНК, специализированная машина — реплисома — должна её расплести. Ключевой компонент реплисомы — моторный белок MCM, который разделяет цепи ДНК. MCM представляет собой замкнутое белковое кольцо, которое нужно открыть, чтобы оно могло охватить ДНК. Комплекс ORC решает эту проблему: он «вскрывает» кольцо MCM, позволяя ему надеться на ДНК.

Было известно, что ORC состоит из шести субъединиц: пять образуют слегка открытое кольцо, а шестая (Orc6) — хвост. Ошибки в Orc6 нарушают сборку всего комплекса и связаны с синдромом карликовости Мейера–Горлина.

Чтобы изучить структуру комплекса, Франциска Блайхерт выделила белок из клеток плодовой мушки, иммобилизовала его в кристаллах и проанализировала с помощью фокусированных пучков высокоэнергетических рентгеновских лучей. Полученные данные позволили реконструировать точную форму белков в масштабе миллиардных долей дюйма.

Модель показала:

• Точное место соединения Orc6 с кольцом ORC, что объясняет, как ошибки в этом белке нарушают работу всей системы (хотя связь с карликовостью остаётся загадкой).
• Существование неожиданного регуляторного механизма. Ранее считалось, что ORC всегда активен, но просто не всегда присутствует в ядре. Модель же показывает, что он может существовать в неактивном состоянии. Это ставит вопрос: как он включается и выключается?

«В ретроспективе наличие дополнительного уровня регуляции для ORC неудивительно, — объясняет Бергер. — Например, сразу после оплодотворения яйцеклетка должна начать активно делиться, создавая эмбрион, что сначала требует репликации ДНК. Неактивное состояние может позволять яйцеклеткам накапливать ORC в ядре, чтобы он был доступен в нужный момент». Его команда планирует вскоре проверить эту гипотезу.