В Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН выяснили, как с помощью фермента АР-эндонуклеазы чинить ДНК. Обладая знаниями о работе системы репарации, можно в будущем научиться управлять этим процессом.

Наша ДНК постоянно подвергается воздействию различных факторов, что приводит к ее повреждению. Эти повреждения, в свою очередь, приводят к мутациям, онкогенезу, старению и даже гибели клетки или всего организма. Однако каждый живой организм оснащен системой механизмов, направленных на борьбу с повреждением ДНК, и эта система ремонта генома называется репарацией ДНК. Процесс репарации отвечает за защиту ДНК от химических повреждений и разрывов. Ремонт помогает сохранить целостность и стабильность наследственного материала в каждой живой клетке.

В Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН интенсивно исследуют молекулярные механизмы удаления повреждений ДНК системой эксцизионной репарации оснований, которая отвечает за точечное устранение неполадок в структуре ДНК живых организмов.

Младший научный сотрудник ИХБФМ СО РАН Светлана Игоревна Сенчурова объясняет: «Существует по крайней мере шесть основных путей репарации ДНК. Узнавание и удаление необъемных повреждений ДНК происходит в ходе эксцизионной репарации оснований. Одним из ключевых ферментов, участвующих в этом процессе, является АР-эндонуклеаза. Ее основная биологическая роль состоит в распознавании и расщеплении такого вида повреждений ДНК, как АР-сайт, тем самым обеспечивается прохождение одного из этапов ремонта ДНК. Это повреждение представляет собой остаток дезоксирибозы, лишенный азотистого основания. AP-сайты способны блокировать процессы репликации и транскрипции генов и приводить к мутациям, поскольку в случае данного повреждения нуклеотид в молекуле ДНК теряет азотистое основание, а парный ему — нет». 

AP-эндонуклеазы разделяют на два семейства, которые значительно различаются, как аминокислотной последовательностью, так и структурно, что свидетельствует о том, что данные семейства эволюционировали независимо друг от друга. Анализ и сравнение ферментативной активности представителей обоих семейств может выявить сходство или различия в механизмах их действия и дает возможность разработать способы регулирования процесса репарации ДНК.

В лаборатории исследования модификаций биополимеров ИХБФМ СО РАН исследовали, как AP-эндонуклеазы человека и E.coli (кишечной палочки), относящиеся к разным структурным семействам, чинят ДНК, и выяснили, что при образовании комплекса фермента с субстратом происходят последовательные структурные перестройки обоих молекул, необходимые для осуществления ремонта молекулы ДНК. Ученые попробовали повлиять на то, как собираются данные комплексы, используя модельные ДНК с разной структурой.

В результате выяснилось, что у АР-эндонуклеаз из разных структурных семейств, несмотря на значительные различия в структуре, оказался схожий механизм взаимодействия с поврежденными и неповрежденными участками ДНК. «Стоит отметить: перестройка АР-эндонуклеазы зависит от того, какую форму имеет ДНК. АР-эндонуклеаза видит, каким образом она нарушена, и может перестроить ее структуру, таким образом, чтобы провести эффективное восстановление», — объясняет Светлана.

Исследование стратегии распознавания повреждений ДНК АР-эндонуклеазами из разных структурных семейств относится к фундаментальным. Накопленные знания помогают ученым в дальнейших исследованиях. Они разбираются в этом процессе с целью разработки способов влияния и управления эффективностью ремонта ДНК.

Источник: «Наука в Сибири».

Текст и фото: Екатерина Гусельникова, Александра Кузнецова, Ирина Нетужилова.