Криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) позволила исследователям изучить, как работает механизм репликации ДНК в тех местах, где ДНК повреждена, сообщает пресс-служба Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия). Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Клеточная ДНК постоянно подвергается воздействию различных агентов, повреждающих ДНК, таких как активные формы кислорода и ультрафиолетовое излучение. Чтобы уменьшить биологические последствия повреждения ДНК, все живые организмы разработали механизмы, позволяющие переживать эти повреждения и восстанавливать ДНК, чтобы гарантировать точное наследование генетической информации. Один из таких механизмов – синтез «сквозь» поврежденные участки (translesion synthesis, TLS).
В механизме TLS участвуют высокоточные синтезирующие ДНК ферменты, которые временно заменяются специализированными «менее точными» TLS-полимеразами, способными гарантировать выживание клеток, внося мутации (полимераза – фермент, главная функция которого – синтез полимеров нуклеиновых кислот). Мутагенная и синтетическая активность TLS-полимераз может привести к тому, что нормальные клетки станут злокачественными или раковые клетки станут устойчивыми к лекарствам.
TLS-полимераза Pol K способна осуществлять синтез ДНК «сквозь» несколько поврежденных оснований. Она «призывается» к месту повреждения ДНК с помощью ядерного антигена пролиферирующих клеток (PCNA). Добавление одной молекулы убиквитина к PCNA как раз помогает привлекать TLS-полимеразу к месту повреждения и удерживать ее там. Структурная основа взаимодействия между этими компонентами была плохо изучена – поэтому ученые хотели рассмотреть ее ближе. И для этого воспользовались криогенной электронной микроскопией.
В результате ученые получили изображение полноразмерной полимеразы, связанной с ДНК, и немодифицированной PCNA. Модель позволяет рассмотреть компоненты почти на атомном уровне. Исследователи обнаружили, что в отсутствие ДНК структура фермента Pol K, связанного с PCNA, очень гибкая, и пришли к выводу, что связывание с ДНК необходимо для образования жесткого и активного комплекса.
«Понимая взаимодействия между белками, образующими эти комплексы, и того, как они регулируются, мы можем определить способы уменьшения или увеличения их функции для медицинских приложений», – заключают авторы работы.
[Фото: 2021 KAUST; HENO HWANG]
