Впервые визуализирован процесс разрыва двойной цепи ДНК
Ученые из Испанского национального центра онкологических исследований (CNIO) под руководством Гильермо Монтойи разработали метод получения биологических кристаллов, позволивший впервые наблюдать разрывы двойной цепи ДНК. Они также создали компьютерную симуляцию, делающую этот процесс, длящийся миллионные доли секунды, видимым для человеческого глаза. Исследование опубликовано в журнале Nature Structural & Molecular Biology.
Механизм работы «молекулярных ножниц»
Исследователи детально описали динамику реакции, опосредованной эндонуклеазой I-Dmol. Этот механизм можно экстраполировать на многие другие семейства эндонуклеаз, ведущих себя идентично.
Разрывы ДНК происходят в нескольких естественных процессах, жизненно важных для клетки: мутагенезе, синтезе, рекомбинации и репарации. Понимание точного механизма их образования открывает возможности для биотехнологических применений — от коррекции мутаций для лечения редких и генетических заболеваний до разработки генетически модифицированных организмов.
Реакция в замедленной съемке
Ученые сосредоточились на наблюдении конформационных изменений в активном центре I-Dmol — области, содержащей аминокислоты, которые действуют как «лезвие» и производят разрывы ДНК.
Изменяя температуру и баланс pH, команде CNIO удалось замедлить химическую реакцию, обычно длящуюся микросекунды, до десяти дней. В таких условиях они создали «замедленную съемку» всего процесса.
Ключевые этапы исследования
- Запуск реакции: Введение катиона магния позволило запустить ферментативную реакцию.
- Кристаллизация: Последующее получение биологических кристаллов и их заморозка при -200°C.
- Сбор данных: Удалось собрать данные по 185 кристаллическим структурам, представляющим все конформационные изменения на каждом этапе реакции.
- Визуализация: С помощью вычислительного анализа были проиллюстрированы семь промежуточных стадий процесса разделения цепи ДНК.
Это открытие предоставляет информацию, необходимую для редизайна этих ферментов и создания точных «молекулярных ножниц» — важнейшего инструмента для редактирования генома.