Криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) позволила исследователям изучить, как механизм репликации ДНК собирается в местах, где ДНК повреждена.

Клеточная ДНК постоянно подвергается воздействию как эндогенных, так и экзогенных агентов, повреждающих ДНК, таких как активные формы кислорода и УФ-излучение. Чтобы уменьшить биологические последствия повреждения ДНК, все живые организмы разработали механизмы, позволяющие переносить и восстанавливать повреждения ДНК, чтобы гарантировать точное наследование генетической информации. Один из таких механизмов, называемый синтезом трансфузии (TLS), позволяет репликации ДНК проходить через неизлечимые повреждения ДНК.

TLS включает в себя высокоточные синтезирующие ДНК ферменты (репликативные ДНК-полимеразы), временно заменяемые специализированными TLS-полимеразами низкой точности, которые могут гарантировать выживание клеток за счет внесения мутаций. Мутагенная и синтетическая активность TLS-полимераз может привести к тому, что нормальные клетки станут злокачественными или раковые клетки станут устойчивыми к лекарствам.

TLS-полимераза Pol _K семейства Y способна осуществлять синтез ДНК на нескольких поврежденных основаниях и рекрутируется в повреждения ДНК с помощью ядерного антигена пролиферирующих клеток (PCNA). Предыдущие исследования показали, что PCNA регулируется убиквитинированием.

Добавление единственной молекулы убиквитина к остатку лизина 164 (K164) PCNA способствует привлечению и удержанию TLS-полимераз на участках повреждения, но структурная основа взаимодействия между этими полимеразами и убиквитинированным PCNA плохо изучена »[

.

Альфредо Де Биазио, структурный биолог, КАУСТ

Группа Де Биазио с 2018 года сотрудничает с лабораторией, возглавляемой Самиром Хамданом, экспертом в области одномолекулярного анализа репликации ДНК человека. Они использовали крио-ЭМ для исследования трехмерной структуры и функции ключевых белковые комплексы, участвующие в репликации и репарации ДНК.

Их последнее исследование описывает крио-ЭМ реконструкции полноразмерного человеческого Pol _K связанного с ДНК, поступающим нуклеотидом и немодифицированной PCNA или моноубиквитилированной PCNA, с разрешением, близким к атомному. Они обнаружили, что в отсутствие ДНК структура Pol _K связанная с PCNA, является очень гибкой, предполагая, что связывание с ДНК необходимо для образования жесткого и активного комплекса.

Мухаммад Техсин, старший научный сотрудник группы Хамдана и соавтор исследования, провел ключевые функциональные исследования, выясняя, как убиквитинирование PCNA модулирует активность Pol _K .

«Наши данные обеспечивают структурную основу для объяснения того, как PCNA рекрутирует TLS-полимеразу Y-семейства в участки повреждения ДНК», – объясняет Техсин.

Из-за высокой степени консервативности доменов между полимеразами Y-семейства, некоторые структурные особенности, наблюдаемые в комплексе Pol _K -ДНК-PCNA, вероятно, применимы к другим полимеразным комплексам TLS. ]

«Понимая взаимодействия между белками, образующими эти комплексы, и то, как они регулируются, мы можем определить способы уменьшения или увеличения их функции для медицинских приложений», – заключает он.