Нуклеотидные цепи, такие как ДНК и РНК, синтезируются путем копирования из других цепей. Процесс копирования всегда происходит в «прямом» направлении, от одного конкретного конца к другому. Во время процесса две цепи двухцепочечной ДНК, которые будут скопированы, разделяются и выравниваются в противоположных направлениях друг к другу, что усложняет ситуацию. «Когда ДНК реплицируется, одна из двух цепей может быть скопирована или синтезирована непрерывно, в то время как другая цепь синтезируется во многих фрагментах, которые необходимо соединить позже», — говорит Мин Яо из Университета Хоккайдо. «Один из больших вопросов в биологии заключался в том, почему в клетках нет фермента обратного направления, чтобы можно было эффективно синтезировать обе цепи».Недавно была открыта группа ферментов, называемых Thg1-подобными белками (TLP), которые, как было обнаружено, добавляют нуклеотиды в противоположном направлении.
Примеры добавления нуклеотидов в этом направлении редки. TLP являются исключением и добавляют нуклеотиды в обратном направлении для восстановления «противоположного конца» поврежденной РНК. В недавно опубликованном исследовании Яо и ее команда использовали рентгеновскую кристаллографию, чтобы раскрыть структуру комплекса TLP / РНК. Это дало им представление о сложном механизме, который TLP используют для добавления нуклеотидов в обратном направлении.
Их структурный анализ выявил двухэтапный процесс: привлекаются энергоснабжающие молекулы, а затем добавляется нуклеотид. Второй шаг также виден в прямой реакции. Что было уникальным для обратной реакции, так это мобилизация энергии вначале. Фермент, по-видимому, использует этот набор энергии для переключения направления с прямого на обратное.
Ученые предполагают, что фермент обратного направления не используется в репликации ДНК, потому что он требует сложного структурного процесса.«Более подробно сравнивая молекулярные механизмы прямых и обратных реакций, мы хотели бы полностью понять эволюционный контекст репликации ДНК», — говорит Яо.