Результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Nature Communications, касаются фермента, называемого эндонуклеазой лоскута 1, или FEN1. Используя комбинацию кристаллографического, биохимического и генетического анализов, исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (лаборатория Беркли) показали, что фосфатное регулирование позволяет поддерживать FEN1 в рабочем состоянии и работать должным образом.
«FEN1, как и многие белки репликации и репарации ДНК, играет парадоксальную роль в отношении рака», — сказала ведущий автор исследования Сьюзан Цутакава, биохимик из отдела молекулярной биофизики и комплексной биовизуализации лаборатории Беркли. «Ошибка FEN1 может повредить ДНК, что приведет к развитию рака. С другой стороны, многие виды рака нуждаются в репликации и репарации белков, чтобы выжить и восстановить ДНК, поврежденную в результате лечения рака.
Новые данные показывают, что управление фосфатом помогает гарантировать, что FEN1 ведет себя должным образом, чтобы предотвратить нестабильность генома ".В процессе репликации двухцепочечная ДНК распаковывается, чтобы обнажить нуклеотиды вдоль двух отдельных цепей. В этом процессе создаются лоскуты одноцепочечной ДНК.
Задача FEN1 состоит в том, чтобы удалить эти створки, расположив металлические катализаторы так, чтобы они могли разрушить фосфодиэфирные связи, составляющие основу цепей нуклеиновых кислот. Это действие расщепления происходит в дуплексной ДНК вблизи соединения с одноцепочечным лоскутом.
Лоскуты, которые остаются нерасщепленными, могут привести к токсическому повреждению ДНК, которое либо убивает клетку, либо вызывает обширные мутации. Например, экспансия тринуклеотидных повторов, мутация, связанная с такими расстройствами, как болезнь Хантингтона и синдром ломкой Х-хромосомы, характеризуется неспособностью FEN1 отрезать лишнюю цепь.«Что было неясным до нашего исследования, так это то, как FEN1 смог идентифицировать свою точную цель, предотвращая неизбирательное разрезание одноцепочечных лоскутов», — сказал Цутакава. «Должен быть способ, чтобы этот белок не уничтожал похожие мишени, такие как одноцепочечная РНК или ДНК. Очень важно правильно это сделать».
Цутакава работал с автором-корреспондентом Джоном Тайнером, научным сотрудником лаборатории Беркли и профессором Техасского университета, в Advanced Light Source, исследовательском центре Министерства энергетики США, который производит чрезвычайно яркие рентгеновские лучи, подходящие для решения атомной структуры белка. и комплексы ДНК. Используя рентгеновскую кристаллографию, они смогли получить представление о структуре белка FEN1 на молекулярном уровне.Они определили, что одноцепочечный лоскут проходит через небольшое отверстие, образованное белком FEN1.
Размер отверстия служит дополнительной проверкой того, что FEN1 связывает правильную цель. Однако они неожиданно обнаружили, что одноцепочечный лоскут перевернут, так что более уязвимая часть ДНК, фосфодиэфирный остов, обращена в сторону от металлических катализаторов, тем самым снижая вероятность непреднамеренного разреза.Инверсия направляется положительно заряженной областью в FEN1, которая стабилизирует перевернутое положение и направляет отрицательно заряженный фосфодиэфир одноцепочечной ДНК через туннель FEN1.«Эти металлы похожи на ножницы и могут разрезать любую ДНК рядом с ними», — сказал Цутакава. «Положительно заряженная область в FEN1 действует как магнит, оттягивая лоскут от этих металлов и защищая лоскут от разреза.
Таким образом FEN1 избегает разрезания одноцепочечной ДНК или РНК».«Этот фосфатный контроль — ранее неизвестный механизм контроля специфичности FEN1», — добавила она. «Раковые клетки нуждаются в белках FEN для репликации, поэтому понимание того, как работает FEN1, может помочь обеспечить цели для исследований в области лечения в будущем».