Исследователи из Университета Торонто обнаружили, что сложная система нитей, динамика жидких капель и белковых соединителей позволяет восстанавливать некоторые поврежденные ДНК в ядрах клеток, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.
Полученные результаты еще раз бросают вызов убеждению, что сломанная ДНК плавает бесцельно, и подчеркивают ценность междисциплинарных исследований в биологии и физике.
Восстановление ДНК помогает обеспечить стабильность генома, что, в свою очередь, позволяет клеткам функционировать и способствует здоровью всех организмов. Двухцепочечные разрывы ДНК особенно токсичны для клеток, и исследователи десятилетиями предполагали, что эти разрывы плавают внутри ядер клеток без направления, пока они не вызовут другие клеточные изменения или не произойдет фиксация.
Эта точка зрения начала меняться в 2015 году, когда Карим Мехайл и его лаборатория показали, что поврежденная ДНК может быть преднамеренно транспортирована «скорой помощью» моторного белка в «больницы» ДНК, обогащенные определенными факторами репарации в ядрах. Позже исследователи работали с инженерами аэрокосмической отрасли, чтобы показать, что после одного двухцепочечного разрыва ДНК отправляется на ремонт через длинные «автобаны» нитевидных микротрубочек, которые также движутся.
В текущем исследовании Мехайл и ведущий автор Роксана Ошидари рассмотрели дрожжевые клетки с множеством разрывов двухцепочечной ДНК и показали, что координация между более короткими типами нитей, микротрубочек и капель жидкости, состоящих из белков репарации ДНК, позволяет существовать центру восстановления ДНК.
«Капли жидкости работают с внутриядерными микротрубочками, чтобы стимулировать кластеризацию поврежденных участков ДНК, - говорит Мехайл - доцент кафедры лабораторной медицины и патобиологии в Университете Торонто. - Восстанавливающие белки на этих разных участках собираются в капельки, которые сливаются в более крупную центровую каплю, благодаря действию более коротких ядерных микротрубочек».
По словам Мехайла, эта более крупная капля, похожая на масло, ведет себя как паук, выпуская паутину звездчатых нитей, привязывающихся к более длинным автобанам, по которым поврежденная ДНК может транспортироваться в больницы ДНК.
Мехайл обратился к Насеру Ашгризу - профессору кафедры механического и промышленного машиностроения, чтобы измерить и понять роль капель в процессе ремонта ДНК.
Мехайл принес Ашгризу видео с каплями, который спроектировал его на большом экране в своем кабинете и подтвердил, что динамика жидкости, похоже, играет роль. Но общение между биологом и физиком было непростым делом. «Поначалу было очень сложно понять, что они делают, потому что наша терминология совершенно другая», - говорит Ашгриз.
Когда он и Мехайл использовали простой язык, чтобы описать, как ведут себя капельки, вещи начали обретать смысл. «Мы сосредоточились на физических аспектах капель, - говорит Ашгриз. - Физика, которая вызывает их движение и динамику, стала нашим общим языком».
После нескольких месяцев переговоров и экспериментов компьютерное моделирование неоднократно предсказывало, что более короткие нити будут двигаться как поршни, понижая давление в нуклеоплазме и создавая эффект всасывания, который приводит к слиянию капель. Мехайл и его команда подтвердили эту находку в своей лаборатории.
«Часто, когда мы углубляемся в особенности поля, мы отделяемся друг от друга, - говорит Ашгриз. - Объединение людей с разными взглядами может действительно улучшить понимание, и эта работа стала хорошим примером».
Мехайл и его команда также раскрыли другие важные свойства ремонтных капелек вместе с профессорами Университета Торонто Хеном Кейт Ли и Хейли Уайетт в отделе биохимии. Исследователи обнаружили, что самое удивительное открытие произошло после нескольких циклов слияния капель. «Это было очень странно и совершенно неожиданно, я до сих пор помню этот день», - говорит Мехайл. Роксана Ошидари заметила, что более крупные капли инициируют внутреннюю концентрацию строительных нитей, форсируя создание своего рода самоблокирующейся кирпичной дороги, которая вместе с нитями паутины позволяет ДНК цепляться за более длинные нити автобана.
По словам Мехайла, сложный процесс легко пропустить, если смотреть на места повреждения ДНК, в основном потому, что изображения в полевых условиях стали высоко автоматизированными. Большая часть программного обеспечения была настроена, чтобы увидеть то, что уже было увидено. «Мы не можем полагаться на старые способы наблюдения, - говорит он. - Нам нужно обновить наше программное обеспечение, а также вернуться к рассмотрению человеческим глазом, используя при необходимости моделирование».
[Фото: ru.123rf.com/profile_nexusplexus]
