Исследование под руководством Евгения Нудлера, доктора философии, медицинского исследователя Говарда Хьюза и профессора биохимии Джули Уилсон Андерсон в Медицинском центре Нью-Йоркского университета в Лангоне, публикуется в Интернете в номере журнала Nature от 8 января.Ученым давно известно, что РНК-полимераза скользит по характерным следам двухцепочечной ДНК и использует эту матрицу для создания растущей цепи молекул РНК. Эта цепочка РНК, в свою очередь, содержит всю информацию, необходимую для построения клеточных белков. Однако фермент может остановиться, поскольку он патрулирует следы и сталкивается со значительными повреждениями ДНК.
Хуже того, он может застрять на поврежденном месте, не позволяя специалистам по ремонту добраться до него.В новом исследовании исследователи Медицинской школы Нью-Йоркского университета показали, как другой фермент, называемый геликазой UvrD, действует как двигатель поезда, тянет РНК-полимеразу назад и обнажает поврежденную ДНК, чтобы ремонтная бригада могла приступить к работе.По словам доктора Нудлера, открытие имеет большое значение для механизма исправления ошибок, который широко распространен среди организмов, от бактерий до людей. «Лучшее восстановление означает меньшее количество мутаций, что также означает более медленное старение, меньше рака и многих других патологий», — говорит он.
Хотя исследование, проведенное на бактериях Escherichia coli, было сосредоточено на одном типе восстановления ДНК, доктор Нудлер говорит, что данные свидетельствуют о том, что другие пути восстановления клеток могут использовать тот же механизм для распознавания и устранения повреждений. Неспособность сделать это может привести к серьезным последствиям: наследственные дефекты гена, кодирующего человеческий аналог UvrD, белка, известного как XPB, были связаны с рядом разрушительных заболеваний.Например, в состоянии, известном как пигментная ксеродермия, неисправная система восстановления ДНК не может исправить повреждения, вызванные ультрафиолетовым излучением.
Следовательно, любое воздействие солнечного света может вызвать серьезное повреждение кожи и глаз и значительно повысить риск рака кожи. Точно так же дети, рожденные с синдромом Кокейна, стареют преждевременно и часто невысокого роста из-за неадекватного восстановления ДНК.
Те, у кого есть третье связанное заболевание, называемое трихотиодистрофией, имеют ломкие волосы, рецидивирующие инфекции и задержку развития.В исследовании, проведенном группой доктора Нудлера и его коллегами в России, использовалась серия биохимических и генетических экспериментов, чтобы напрямую связать UvrD с РНК-полимеразой и продемонстрировать, что активность UvrD по извлечению важна для репарации ДНК.
Результаты лабораторных исследований также предполагают, что UvrD полагается на второй фактор, называемый NusA, который помогает ему тянуть РНК-полимеразу назад. Затем эти два партнера набирают бригаду по ремонту других белков, чтобы залатать открытые дорожки ДНК, прежде чем поезд-подобная полимераза продолжит свой путь.По словам доктора Нудлера, исследование его команды предлагает убедительное оправдание загадочного феномена, известного как всеобъемлющая транскрипция, который он называет «одним из самых загадочных и обсуждаемых вопросов молекулярной биологии». Вопрос, по его словам, сводится к следующему: почему РНК-полимеразы транскрибируют большую часть генома в организме человека и других организмов, конвертируя обширные участки ДНК в РНК, когда только крошечная часть этих транскриптов РНК когда-либо окажется полезной?
Разве эта активность РНК-полимеразы не является пустой тратой энергии и ресурсов?«Наши результаты предполагают, что основная роль РНК-полимеразы заключается в патрулировании генома на предмет повреждений ДНК», — говорит он. «Это единственная молекулярная машина, которая способна непрерывно сканировать хромосомы практически на любое отклонение от канонических четырех оснований в цепи матрицы: A, T, G и C.» Таким образом, обширная транскрипционная активность полимеразы может стоить затраченных усилий, если ее постоянная бдительность также гарантирует, что любое повреждение ДНК будет исправлено с помощью притягивающих факторов и других партнеров.В дополнение к своим взглядам на репарацию ДНК, в статье описывается новый мощный метод картирования белок-белковых взаимодействий с высоким разрешением.
Доктор Нудлер говорит, что метод, известный как химическое сшивание в сочетании с масс-спектрометрией, или XLMS, может широко использоваться в других лабораториях и применяться практически к любым взаимодействиям белков.