APOBEC является полезным, но опасным внутренним клеточным белком. Первоначально предназначенный для борьбы с вирусами, он способен изменять только одноцепочечную ДНК — вирусная ДНК часто бывает одноцепочечной.
Следовательно, наша двухцепочечная ДНК человека не должна изменяться. Но исследователи заметили, что мутации, вызванные APOBEC, можно найти во многих опухолевых клетках по всему геному. Как может APOBEC, который может влиять только на одноцепочечную ДНК, быть причиной стольких случаев рака у людей? Ученые уже представили доказательства того, что около 20% мутаций APOBEC происходят из-за аномалии в ДНК, называемой «двухцепочечными разрывами», которые на некоторое время оставляют часть ДНК в одноцепочечном состоянии.
Именно в этот момент APOBEC стремится вызвать множественные мутации. Но если на этот механизм приходится 20% мутаций, связанных с APOBEC, то это механизм, управляющий оставшимися 80%, что ученые из UNIGE и их коллеги в Москве смогли понять.
Механизм репликации ДНКВо время процесса деления клетки ДНК должна быть реплицирована в соответствии с точным процессом и временем, чтобы произвести две идентичные копии исходной ДНК.
Репликация начинается в определенном месте. Разделение двух исходных цепей и синтез новых затем приводит к вилке репликации: новые цепи перестраиваются по мере того, как вилка перемещается по хромосоме. Во время репликации ДНК две нити реплицируются с помощью разных механизмов, которые зависят от направления репликационной вилки. Если одна из двух нитей построена сразу, вторая не может быть восстановлена так быстро.
В результате одна цепь, «ведущая цепь», никогда не существует как одноцепочечная ДНК, тогда как другая, «отстающая цепь», остается одноцепочечной в течение некоторого времени.«Поскольку мы знали, что APOBEC может мутировать только одноцепочечную ДНК, нам нужно было определить, в каком направлении движется репликационная вилка, чтобы идентифицировать участки ДНК, которые остаются одноцепочечными в течение более длительного периода времени, — объясняет Сергей Николаев. когда-либо нам удавалось сделать это на человеческих клетках. Мы смогли определить направление репликационной вилки примерно для 20% генома и обнаружили в два раза больше мутаций в отстающей цепи по сравнению с ведущей цепью ». Этим открытием ученые доказали, что APOBEC оппортунистически использует тот момент, когда отстающая нить остается одиночной, а значит, более слабой.Мутации, влияющие на наши самые важные гены
Программа репликации ДНК очень консервативна: она начинается в четко определенной точке происхождения. Наши самые важные и хорошо защищенные гены реплицируются раньше, в то время как некоторые менее важные гены реплицируются позже.
Обычно частота мутаций в три раза выше в тех областях генома, которые реплицируются на более поздней стадии.«Мы были очень удивлены, обнаружив, что при раке APOBEC частота мутаций равномерно распределена во всех регионах. Когда задействован APOBEC, мутации происходят на ранних стадиях репликации и влияют на важные гены.
Следовательно, эти мутации имеют тенденцию быть более опасными, чем мутации другого типа, объясняет Владимир Сеплярский из Российской академии наук и первый автор этого исследования.Мы пока не знаем почему, но APOBEC, похоже, действует как маркер нарушения механизма репликации в пораженных клетках, открывая дверь к оппортунистическому мутагену. Действительно, участки генома, реплицирующиеся на ранней стадии, не должны оставаться в одноцепочечном состоянии достаточно долго, чтобы APOBEC мог действовать.
Это означает, что что-то идет не так даже до того, как APOBEC выйдет на сцену ». исследования, чтобы лучше понять, как опухолевые клетки реплицируют свою ДНК иначе, чем здоровые клетки.