Ученые проследили за сканированием ДНК ремонтными белками

Ремонтные белки эффективно сканируют наш геном, находят ошибки, прыгая как блохи между молекулами ДНК, скользя вдоль их цепочек и, возможно, делая остановки в подозрительных местах. Так считают ученые из Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh), Университета Эссекса (University of Essex) и Университета Вермонта (University of Vermont), пометившие белки квантовыми точками, чтобы рассмотреть разворачивающиеся действия.

Все мы постоянно подвергаемся бомбардировке находящимися в окружающей среде токсинами, которые становятся причинами «ошибок» в наших ДНК. Поэтому система быстрой репарации очень важна для сохранения целостности ДНК-последовательностей и адекватной работы клетки, объясняет Беннет ван Хаутен (Bennett Van Houten), доктор философии, профессор отделения молекулярной онкологии и руководитель программы молекулярной и клеточной биологии рака Онкологического института Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh Cancer Institute), профессор кафедры фармакологии и химической биологии Медицинской школы Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh School of Medicine).
Как работает эта система – важный вопрос, который пока не имеет ответа, – говорит он. – Она должна быть в состоянии идентифицировать очень небольшие ошибки в трехмерной организации цепочек генов. Это все равно, что на каждой улице по всей стране найти выбоины и успеть отремонтировать их до следующего часа пик.


Ученые попытались раскрыть тайну, пометив два репарационных белка – UvrA и UvrB – квантовыми точками – полупроводниковыми нанокристаллами, светящимися разным цветом. Чтобы более четко разглядеть процесс, они также растянули обычно спирализованную молекулу ДНК в несколько прямых нитей.

Исследователи наблюдали, как белок UvrA случайным образом перепрыгивает от одной молекулы ДНК к другой, задерживаясь на одном месте в течение семи секунд. Но когда белок UvrA образовывал комплекс с двумя молекулами белка UvrB (UvrAB), начинал действовать новый более эффективный механизм: комплекс скользил вдоль нити ДНК в течение 40 секунд. Затем он также отделялся от одной молекулы ДНК и перепрыгивал к другой.
Если бактерия E.coli имеет только один комплекс UvrAB, 13 часов будет достаточно, чтобы был просканирован весь геном, – говорит ведущий исследователь Нейл М. Кэд (Neil M. Kad) (кафедра биологических наук, Университет Эссекса, Великобритания). – Около 40 комплексов, что сопоставимо с тем, что уже известно ученым, потребуется, чтобы просканировать ее геном за 20 минут – время деления бактерии.


В дополнении к случайным скачкам и скольжению ученые также наблюдали то, что они назвали «приостановленным движением», при котором перемещение комплекса UvrAB казалось медленнее и носило более целенаправленный характер.
Около одной трети исследованных нами подвижных молекул ведут себя именно таким образом, – говорит соавтор работы Дэвид М. Воршо (David M. Warshaw), профессор и декан факультета молекулярной физиологии и биофизики Университета Вермонта. – Приостановка движения может представлять собой проверку UvrAB-комплексами структурных аномалий, ассоциированных с повреждением ДНК.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Сейчас ученые изучают возможность того, что комплексы анализируют форму или химическую конфигурацию молекулы ДНК, взаимодействуя с ней. Ошибка может изменить локальную структуру ДНК, меняя ее совместимость с репарационными белками и, возможно, вызывая корректирующий ответ.

Результаты исследования опубликованы в Molecular Cell.
Опубликовано в NanoWeek, 23 - 29 марта 2010 г, No. 103