Новое исследование, опубликованное в Nature Structural & Molecular Biology, показывает, как фундаментальный фермент, называемый дельта-полимеразой ДНК, действует во время репликации ДНК, создавая копию генетического кода, который может передаваться из поколения в поколение. Кроме того, исследователи также описывают, как на уровень активности этого фермента влияют мутации, которые приводят к раку и другим заболеваниям.

<img alt=" dna-replication "height =" 578 ​​"src =" data: image / gif; base64, R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP /// yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 = 2% = image-201.f = image-201.f =. % 2fdna-replication.jpg "data- data- title =" dna-replication "width =" 950 "class =" lazy-load-image "/> acarapi Shutterstock

Называя дельту ДНК-полимеразы «дублирующей машиной», исследователи представляют картину целого фермента почти на атомном уровне, пока он синтезирует новую ДНК.

T его знания расширяют наше базовое понимание этого сложного фермента, который необходим для выживания в высших организмах от человека до дрожжей. В то же время наша работа дает представление о том, как могут возникать раковые заболевания, когда дельта-ДНК-полимераза не функционирует должным образом, и предлагает новую основу для разработки ингибиторов полимеразы, которые потенциально могут служить эффективным средством лечения некоторых видов рака ».

Исследователь Анил Агарвал

Дельта ДНК-полимеразы

Многие исследователи интересовались структурой и динамической работой фермента в течение десятилетий. Фермент представляет собой сложную клеточную машину, объединяющую множество компонентов для создания копии с невероятно точной точностью. Это требует нескольких процессов: наблюдение за формированием копии, сигнализация любых неточностей или разрывов и исправление поврежденных последовательностей.

Дельта ДНК-полимеразы помогает не только реплицировать основную часть генома, но также активна в нескольких путях репарации ДНК. Дельта полимеразы воздействует на отстающие нити ДНК во время репликации, наряду со многими другими факторами репликации и репарационными белками, чтобы исправить неточности до менее чем одного неправильного основания на цикл репликации. Благодаря своей особой структуре, он также помогает обходить поврежденные части двойной спирали, когда синтез ДНК должен продолжаться в последовательностях, которые включают эти поражения. Без этого последовательность репликации остановилась бы, потому что вилка репликации не может развиваться дальше свернутой вилки или разорванной цепи.

Дельта-фермент ДНК-полимеразы выбирает правильные основания и корректирует сформированные последовательности, а также помогает исправить редкие ошибки. Фермент состоит из ядра, состоящего из доменов p125 и P50, которые образуют комплекс с любым из доменов p68 или p12. Основной фермент стимулируется фактором, называемым PCNA, ядерным антигеном пролиферирующих клеток.

Домен p125 ориентирован как правая рука, причем «ладонная» часть обеспечивает боковые цепи, которые катализируют репликацию, тогда как «большой палец» плотно удерживает новую дуплексную ДНК. Стабильность голофермента в значительной степени обусловлена ​​доменами p125.

В дополнение к своей репликативной роли, дельта-фермент ДНК-полимеразы также улавливает неправильные замены оснований и сдвиги кадров, чтобы исправить их, действуя с ферментами восстановления несоответствия, чтобы исправить любые ошибочно введенные основания. Также необходимо принять участие в восстановлении различных других форм потенциальной мутации, таких как восстановление двухцепочечного разрыва, восстановление основной эксцизии и восстановление нуклеотидной эксцизии.

Как они это сделали? Исследователи в настоящем исследовании использовали новые методы, разработанные в криоэлектронной микроскопии, которая делает снимки растворенных молекул, которые были быстро заморожены. Это позволяет избежать использования красителей и фиксаторов, что позволяет увидеть образцы в их естественном состоянии. Эта технология создает волны в изучении биологической структуры из-за изображений с высоким разрешением, которые она предлагает, внутриклеточной тонкой структуры, вирусов и белковых комплексов. Используя такие методы, исследователи смотрели на фермент почти атом за атомом, а также на то, как различные компоненты перемещаются, чтобы облегчить процесс репликации миллиардов пар оснований, составляющих двойную спираль, в точной последовательности и положении.

Мутации дельты Поля

Команда также показывает местоположение и влияние нескольких мутаций этого фермента, передаваемых от родителя к потомству, а также соматические мутации, которые происходят не в репродуктивных клетках, а в клетках различных тканей и обычно происходят из-за шанс. Присутствие мутаций приводит к гипермутации фермента. В этой форме фермент может вызывать рак, а также гипоплазию нижней челюсти, глухоту и синдром липодистрофии.

Исследователи хотят продолжить работу над этим ферментом и найти соединения-ингибиторы, которые могут помочь в лечении рака, вызванного мутированной формой фермента. Например, молекулы, которые связываются с единицей p12, могут препятствовать связыванию фермента с каталитической субъединицей, или ингибиторы, которые блокируют репликацию, связываясь с доменом, где p125 взаимодействует с p68. Способность ингибировать этот фермент также может привести к летальному повреждению большого числа раковых заболеваний, которые обнаруживают множественные разновидности дефектов репарации ДНК.