Покадровая кристаллография была использована исследователями Национального института наук об окружающей среде (NIEHS), чтобы определить, что ДНК-полимераза, фермент, отвечающий за сборку нуклеотидов или строительных блоков ДНК, включает в цепь ДНК нуклеотиды с определенным типом повреждений. Покадровая кристаллография — это метод, позволяющий делать снимки биохимических реакций, происходящих в клетках.
Сэмюэл Уилсон, доктор медицины, старший исследователь NIEHS в команде, объяснил, что повреждение вызвано окислительным стрессом или образованием свободных молекул кислорода в ответ на факторы окружающей среды, такие как воздействие ультрафиолета, диета и химические соединения в красках, пластмассах. , и другие потребительские товары. Он сказал, что ученые подозревали, что ДНК-полимераза вставляет нуклеотиды, которые были повреждены из-за переноса дополнительного атома кислорода.«Когда один из этих окисленных нуклеотидов помещается в цепь ДНК, он не может спариваться с противоположным нуклеотидом, как обычно, что оставляет разрыв в ДНК», — сказал Уилсон. «До этой статьи никто на самом деле не видел, как это делает полимераза, и не понимал последующих последствий».Уилсон и его коллеги наблюдали за процессом в реальном времени, образуя кристаллические комплексы, состоящие из ДНК, полимеразы и окисленных нуклеотидов, и делая снимки в разные моменты времени с помощью покадровой кристаллографии.
Процедура не только раскрыла этапы встраивания нуклеотидов, но и показала, что новая ДНК не позволяет механизму репарации ДНК закрывать брешь. Эта трещина в ДНК препятствовала дальнейшей репарации и репликации ДНК или вызывала немедленный двухцепочечный разрыв.«Поврежденный нуклеотидный участок похож на пропавшую доску на железнодорожном пути», — сказал Уилсон. «Когда двигатель попадает в него, поезд прыгает с рельсов, и все товарные вагоны сталкиваются».
Большое количество этих скоплений и двухцепочечных разрывов смертельны для клетки, служа отправной точкой для развития болезни. Однако это может быть хорошо, если вы исследователь, пытающийся уничтожить раковую клетку.«Одна из характеристик раковых клеток заключается в том, что они, как правило, подвержены более сильному окислительному стрессу, чем нормальные клетки», — сказал Брет Фройденталь, доктор философии, ведущий автор статьи и научный сотрудник группы Уилсона. «Раковые клетки решают эту проблему с помощью фермента, который удаляет окисленные нуклеотиды, которые в противном случае были бы вставлены в геном ДНК-полимеразами.
Исследования, проведенные другими группами, показали, что если вы ингибируете этот фермент, вы можете предпочтительно убить раковые клетки».Уилсон и Фройденталь подчеркнули, что количество окисленных нуклеотидов в пуле нуклеотидов обычно находится под жестким контролем, но если они накапливаются и начинают превосходить количество неповрежденных нуклеотидов, ДНК-полимераза добавляет их к цепи.
Молекулы, ингибирующие окисление, известные как антиоксиданты, снижают уровень окисленных нуклеотидов и могут помочь предотвратить некоторые заболевания.