Как изменяющая форму машина для восстановления ДНК борется с раком

Как сообщается в двух новых исследованиях, ученые получили новое понимание того, как белковый комплекс под названием Mre11-Rad50 трансформируется, чтобы выполнять различные задачи по восстановлению ДНК.Их исследования проливают свет на то, как эта молекулярная реструктуризация приводит к различным результатам в клетке.

Это также может помочь в разработке более эффективных методов лечения рака и более эффективных генных терапий.Один белковый комплекс, две очень разные формы и функции: на верхнем изображении ученые создали мутацию Mre11-Rad50, которая ускоряет гидролиз, приводя к открытому состоянию, которое способствует высокоточному способу восстановления ДНК. На нижнем изображении ученые замедлили гидролиз, что привело к закрытому АТФ-связанному состоянию, которое способствует восстановлению ДНК с низкой точностью. (Источник: лаборатория Тайнера)Работа Mre11-Rad50 одинакова в ваших клетках, клетках вашего питомца или любого организма.

Он обнаруживает и помогает исправить самые серьезные разрывы ДНК, в которых разрезаны обе нити двойной спирали ДНК. Белковый комплекс связывается с разорванными концами ДНК, посылает сигнал, который останавливает деление клетки, и использует свою способность изменять форму, чтобы выбрать, какой процесс репарации ДНК запускается для исправления разорванной ДНК. Если не исправить, двухцепочечные разрывы смертельны для клетки.

Кроме того, неудачный ремонт может привести к размножению раковых клеток.Однако мало что известно о том, как трансформерные способности белка связаны с его функциями восстановления ДНК.

Чтобы узнать больше, ученые модифицировали белковый комплекс таким образом, чтобы повлиять только на одно из множества его действий. Затем они использовали инструменты структурной биологии, биохимии и генома для изучения воздействия этих модификаций.«Нацеливаясь на одно действие, мы можем заставить белковый комплекс пойти другим путем и узнать, как изменяется его динамическая структура», — говорит Джон Тайнер из отдела наук о жизни Berkeley Lab. Он проводил исследование с коллегой из лаборатории Беркли Гаретом Уильямсом и учеными из нескольких других учреждений.

Уильямс добавляет: «В некоторых случаях мы ускоряли или замедляли движения белкового комплекса и тем самым изменяли его биологические результаты».Большая часть исследований проводилась в Advanced Light Source (ALS), синхротроне, расположенном в лаборатории Беркли, который генерирует интенсивное рентгеновское излучение для исследования фундаментальных свойств веществ. Они использовали луч ALS под названием SYBILS, который сочетает в себе рассеяние рентгеновских лучей с возможностями дифракции рентгеновских лучей.

Он дает изображения кристаллических структур белков с атомарным разрешением. Он также может наблюдать за трансформацией белка, когда он претерпевает конформационные изменения.В одном исследовании, опубликованном в журнале Molecular Cell, ученые изучали Mre11 из микробных клеток.

Они разработали два молекулярных ингибитора, которые блокируют способность Mre11 разрезать ДНК, что является важным начальным этапом в процессе восстановления.Они проверили действие этих ингибиторов на клетки человека. Они обнаружили, что Mre11 сначала делает зарубку на разорванной цепи ДНК, которую восстанавливает.

Затем Mre11 возвращается к сломанному концу. Ранее ученые думали, что Mre11 всегда начинается с конца разорванной ДНК. Они также обнаружили, что, когда Mre11 разрезает середину цепи ДНК, он запускает высокоточный путь восстановления ДНК, называемый гомологичной рекомбинацией.

В другом исследовании, опубликованном в EMBO Journal, ученые создали мутации Rad50, которые либо способствуют, либо дестабилизируют форму, формирующуюся, когда субъединица Rad50 связывается с АТФ, химическим веществом, которое питает движения белкового комплекса.Биохимические и функциональные анализы, проведенные Таней Полл из Техасского университета в Остине, показали, как эти изменения влияют на микробную, дрожжевую и человеческую активность Mre11-Rad50. Пол Рассел из Исследовательского института Скриппса помог ученым узнать, как мутации Rad50 влияют на клетки дрожжей.

Они обнаружили, что некоторые мутации замедляют гидролиз АТФ, поэтому Rad50 и другие ферменты используют АТФ в качестве топлива. Другие мутации ускорили его. Оба изменения сильно повлияли на рабочий процесс Mre11-Rad50 и его биологические результаты.

«Когда мы замедлили гидролиз и одобрили АТФ-связанное состояние, Rad50 предпочел негомологичный путь соединения концов, который является низкокачественным способом восстановления ДНК», — говорит Уильямс. «Когда мы его ускорили, субъединица предпочла гомологичную репарацию, что является высокоточным путем».Этот подход, при котором ученые начинают с определенного белкового механизма и изучают, как он влияет на весь организм, поможет исследователям разработать прогнозное понимание того, как работает Mre11-Rad50.

«Это метод« снизу вверх »для изучения белков, таких как Mre11-Rad50, и он может помочь в разработке более эффективных методов лечения рака и других приложений», — говорит Тайнер.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *