Стабильность генома страдает, если двигатель репликации ДНК плохо простаивает.

Если механизмы репликации ДНК все время остаются на высокой скорости, они в конечном итоге останавливаются или даже выходят из строя. К счастью, эти моторы, состоящие из белковых комплексов, обладают так называемыми неактивными режимами или механизмами стабильности белков. Один из этих механизмов — остановка репликации «ведущей цепи» ДНК — уже, так сказать, действовал. Его части известны. Но как насчет механизма протеасомной стабилизации, который служит для остановки или остановки репликации «отстающей цепи» ДНК?

Так случилось, что механизм с отстающими пучками только что привезли на экспертизу. Исследование, проведенное учеными из Пенсильванского университета и Университета Лидса, не только составило список запчастей, но и дало советы по техническому обслуживанию. В частности, предполагалось, что модификации неисправного механизма могут помочь в лечении неврологических нарушений и нарушений развития.

Подробности о проверке появились в журнале клетка«, в статье под названием «Комплекс АТФазы SPATA5-SPATA5L1 управляет убиквитинированием белка, обеспечивая целостность генома.В статье описывается, как ученые использовали криогенную электронную микроскопию, анализ мутагенеза на основе CRISPR и другие передовые методы для идентификации белкового комплекса, который играет центральную роль в остановке репликации отстающей цепи.

Этот четырехбелковый механизм, называемый 55LCC, связывается с ДНК и связанным с ней транскрипционным комплексом. Управляемый двумя АТФазами, 55LCC, по-видимому, открывает плотно свернутый транскрипционный комплекс, позволяя ему расщепляться ферментами, отсекающими белок, и удаляться.

«Дефицит 55LCC привел к убиквитин-независимой протеотоксичности, стрессу репликации и серьезной нестабильности хромосом», — пишут авторы. «55LCC продемонстрировал АТФазную активность, которая специфически усиливалась при репликации ДНК репликационной вилки и сопровождалась зависимым от цистеиновой протеазы расщеплением субстратов репликации в ответ на повреждение репликационной вилки. Эти результаты определяют, что 55LCC-опосредованная протеасомальная стабильность имеет решающее значение для развития репликационной вилки и стабильность генома и обеспечивают основу для обоснования патогенных вариантов, наблюдаемых при сопутствующих нарушениях нервного развития человека.

Репликация ДНК осуществляется множеством белковых комплексов с узкоспециализированными функциями, включая раскручивание ДНК и транскрипцию развернутых нитей ДНК. Этот процесс похож на заводскую сборочную линию, где шарики, состоящие из огромных строк данных, разделяются, что позволяет вырезать и копировать определенные детали.

«Мы обнаружили, по-видимому, критический механизм контроля качества в клетках», — сказал соавтор Роджер Гринберг, доктор медицинских наук, профессор биологии рака, директор Пенсильванского центра целостности генома и директор фундаментальных наук. В Центре кардиостимуляции BRCA при Пенсильванском университете. «Каждый день в нашем организме делятся триллионы клеток, и это требует точной репликации наших геномов. Наша работа описывает новый механизм, который регулирует стабильность белка при репликации ДНК. Теперь мы знаем больше о важном этапе этого сложного биологического процесса».

Ученые обнаружили, что отключение или закрытие функции 55LCC имеет решающее значение для плавного развития репликации ДНК. Когда 55LCC отсутствует, репликация, вероятно, будет нарушена, и пораженные клетки перестанут делиться. «В конечном итоге мы видим драматические изменения в стабильности генома этих клеток», — отметил Гринберг. «Их хромосомы не могут должным образом разделиться во время деления клеток».

Ученые подозревают, что 55LCC может участвовать не только в регулировании процесса репликации ДНК, связанного с делением клеток, но и в тех случаях, когда повреждения ДНК препятствуют репликации.

Известно, что наследственные мутации ферментов, которые помогают формировать 55LCC, связаны с детскими синдромами, включая потерю слуха, когнитивные и двигательные нарушения и эпилепсию. В своих экспериментах ученые показали, что эти болезнетворные мутации имеют тенденцию снижать структурную стабильность 55LCC или влиять на его взаимодействие с другими белками.

«Мы надеемся, что эта работа представляет собой начало более глубокого понимания этих тяжелых синдромов развития нервной системы», — сказал Гринберг. «В конечном счете, последствия этого открытия могут быть гораздо шире. Это может привести к облегчению клинических проблем, связанных с синдромами, вызванными дисфункцией 55LCC, которые включают эпилепсию, потерю слуха, умственную отсталость и недостаточность костного мозга».

55LCC также может оказаться более универсальным инструментом для рециркуляции белка — еще одного процесса, важного для здоровья клеток. Гринберг и его команда продолжают изучать, как работает и регулируется 55LCC, включая понимание точного сигнала, который сообщает 55LCC стать активным и начать разворачивать комплекс репликации ДНК.