Репликация ДНК — один из наиболее строго контролируемых биологических процессов во всех организмах, — говорит Чиен, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии Университета Массачусетса в Амхерсте. Все клетки, от людей до бактерий, должны точно дублировать свои геномы, чтобы выжить.
Чтобы координировать начало, гарантировать завершение и восстановление повреждений во время репликации ДНК, специализированные белки играют ключевую роль, регулируя процессы.Чиен отмечает, что расщепление белков энергозависимыми протеазами обычно приводит к полному разрушению целевых белков. Однако в особо суровых искусственных условиях в пробирке эти протеазы могут останавливаться на определенных мишенях. Но до недавних экспериментов в Университете Массачусетса в Амхерсте такой эффект никогда не наблюдался внутри живой бактериальной клетки, добавляет он.
В работе, опубликованной в этом месяце в Proceedings of the National Academy of Sciences, Чиен и Васс сообщают, что один из этих специализированных факторов репликации, DnaX, к их удивлению, частично переваривается или урезается, физически разрезан на более короткие фрагменты энергозависимым протеаза, известная как ClpXP, которая генерирует фрагменты определенного размера, которые необходимы для нормального роста Caulobacter.Это явление не совсем неизвестно, — объясняет Чиен. Короткие и длинные версии DnaX наблюдались 20 лет назад у другой бактерии, E. coli. Но у E. coli короткая форма образовалась в результате изменений трансляции из-за ранней остановки рибосомы на определенной последовательности РНК.
Эта последовательность РНК отсутствует во многих генах DnaX бактерий, в том числе в Caulobacter, поэтому ученые долгое время считали, что короткий DnaX существует только у бактерий, таких как E. coli.Основываясь на предыдущих исследованиях в своей лаборатории, Чиен и Васс перешли к исследованию путем очистки этих белков и тестирования их активности в Caulobacter in vivo, может ли белок DnaX разлагаться протеазой ClpXP. К их удивлению, ClpXP действительно распознавал DnaX, но только частично его деградировал, генерируя стабильные более короткие фрагменты как in vitro, так и in vivo.
Кроме того, они обнаружили, что как длинные, так и короткие формы необходимы для нормального роста, а короткая форма особенно важна для устойчивости к повреждению ДНК, предполагая, что эти фрагменты не случайны, а создаются запрограммированным образом.По словам биохимика, новая работа Васс и Чиен показывает, что у некоторых бактерий короткие формы DnaX образуются другим методом — протеолизом — с драматическими последствиями для клетки. «Этот тип конвергентной эволюции приводит к сходным результатам для белков, то есть к образованию двух форм посредством радикально разных механизмов. Это говорит о том, что и длинные, и короткие формы имеют решающее значение для всех бактерий», — добавляет он.
Чиен отмечает, что расщепление белков энергозависимыми протеазами обычно приводит к полному разрушению целевых белков. Однако в особо суровых искусственных условиях в пробирке эти протеазы могут останавливаться на определенных мишенях. Но до недавних экспериментов в Университете Массачусетса в Амхерсте такой эффект никогда не наблюдался внутри живой бактериальной клетки, добавляет он.Чиен считает, что этот режим частичного переваривания может быть полезен для других бактерий для создания новых функций из существующих белков и повышения способности одного гена кодировать несколько функций белка.
Эта работа была поддержана Национальным институтом общих медицинских наук NIH и UMass Amherst.