Петли ДНК защищают клетки от мутаций

Российские ученые исследовали структуру петель, образующихся на ДНК во время считывания генов. Оказалось, что именно эти петли помогают клетке найти и обезвредить разрывы в нуклеотидных цепях. Работа позволит понять механизмы, которые защищают клетки от повреждения наследственного материала. Это может помочь в разработке новых лекарств от тяжелых болезней, например рака. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Cells.В каждой молекуле ДНК есть две цепи, которые могут разрываться из-за внешнего воздействия например, ультрафиолета. Однако такое может случаться и во время деления клетки. У каждого человека ежедневно рвутся от 10 до 100 тысяч петель. Обычно специальные белки исправляют ситуацию — «система репарации» позволяет не только залатать брешь в структуре ДНК, но и делает этот процесс безопасным для человека. Это очень важно, потому что если вовремя не устранить «поломку», то вторая петля тоже может порваться. Из-за этого из ДНК могут выпадать целые сегменты, которые очень опасны, так как приводят к мутациям в клетках. Они погибают и могут переродиться в злокачественной форме. Это приводит к серьезным нарушениям в работе организма, например онкологии.Когда рвется одна петля, это не проблема: клетка быстро «узнает» об этом с помощью ферментов, которые двигаются по нити ДНК. Например, когда генетический материал считывается, фермент РНК-полимераза «ползет» вдоль одной из цепей ДНК и вырабатывает РНК — молекулу, на которой потом рибосомы собирают белок. Если одна цепочка рвется, то фермент останавливается и служит «точкой на карте» ДНК, показывая, где произошла поломка.Однако есть небольшое «но»: РНК-полимераза всегда двигается только по одной нити ДНК — смысловой. Она кодирует ген, а другая (антисмысловая) нужна только для того, чтобы копировать молекулу ДНК во время деления клетки. Ранее ученые не понимали, как же система репарации узнает о том, что разрыв нити ДНК случился на второй, антисмысловой, нити, где нет фермента, который укажет на нарушение целостности.Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) и Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН (Москва) совместно с коллегами из Университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне (Китай), Медицинской школы Рутгерса Роберта Вуда Джонсона (США) и центра исследования рака Фокс Чейз (США) нашли ответ на этот вопрос. Авторы с помощью электронной микроскопии, биохимических методов и молекулярного моделирования узнали, как укладывается нуклеиновая кислота там, где происходит считывание генетической информации. В этом месте синтезируются петли, длина которых составляет 55 пар нуклеотидов, то есть элементарных звеньев нуклеиновой цепочки. Эти петли располагаются между нуклеосомой (белком, на который «намотана» ДНК) и РНК-полимеразой. Оказалось, что если в антисмысловой цепи есть разрыв, то структура и геометрия этих петель существенно меняется.Ученые сформировали модель, которая показывает, что когда фермент передвигается по ДНК, впереди и сзади него появляются петли. Если с цепочкой ДНК все в порядке, то они будут открываться, чтобы дать РНК-полимеразе двигаться дальше, а если есть разрыв в антисмысловой цепи, то фермент останавливается. Эти петли позволяют определить место разрыва в ДНК.«Мы открыли новый механизм, с помощью которого клетка может находить разрывы в ДНК. Понимание этого механизма имеет большое значение для фундаментальной науки: повреждение ДНК ведет к накоплению мутаций, и, как следствие, смерти или нарушению работы клетки. Это способствует развитию различных заболеваний, в том числе онкологических и нейродегенеративных», — рассказала Ольга Соколова, профессор биологического факультета МГУ, профессор РАН.Это исследование дает базу для новых работ ученых, которые позволят найти средства для увеличения стабильности петель ДНК. Более того, оно может помочь создать препараты, которые будут наоборот понижать стабильность этих цепочек. Благодаря этому, вероятно, можно будет найти лекарство от рака и других заболеваний.Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.