Найден новый механизм контроля разрывов в ДНК

Молекулярные биологи из Университета Ратгерса и биофака МГУ обнаружили новый механизм, с помощью которого клетка может находить и устранять разрывы в ДНК. Исследователи под руководством Василия Студитского обнаружили, что намотка ДНК на специальные белковые комплексы (нуклеосомы) приводит в случае разрыва к образованию особых петель ДНК, которые останавливают полимеразу и запускают процесс репарации. Исследование опубликовано в открытом журнале Science Advances.

Одноцепочечные разрывы, то есть разрывы в одной из двух цепей ДНК, считаются не такими опасными с точки зрения мутагенеза, как двуцепочечные — их довольно легко починить. Тем не менее, они тоже могут иметь вредные последствия. Поэтому все клетки, как бактериальные, так и эукариотические (имеющие ядро) обладают соответствующими механизмами залечивания этих разрывов.

Однако для того, чтобы эти механизмы активировать, требуется сначала обнаружить сам разрыв. У бактерий для этого существуют специальные белки, которые направленно их «ищуют». У ядерных организмов, чья ДНК почти полностью намотана на «катушки» нуклеосом, аналогичные белки часто не могут справится со своей задачей — повреждение может быть экранировано нуклеосомой. К счастью, обнаружение разрывов в компактизованной таким образом ДНК может произойти во время транскрипции, то есть синтеза РНК на основе ДНК. При наличии разрыва в кодирующей цепи РНК-полимераза надолго останавливается, а застрявшая полимераза легко обнаруживается специальными факторами, которые в конечном итоге инициируют запуск системы репарации.

Студитский с коллегами обратили внимание на то, что разрыв только в кодирующей цепи должен останавливать РНК-полимеразу. Наличие точно такого же разрыва во второй, — комплиментарной — цепи к остановке приводить не должно. Однако известно, что на самом деле в клетках оба типа разрывов залечиваются примерно с одинаковой эффективностью.

В ходе экспериментов оказалось, что если на ДНК есть нуклеосомы, то полимераза останавливается в обоих случаях: как при разрвые в кодирующей, так и в комплиментарной цепи. При транскрипции же «голой» ДНК полимераза легко проходит участок разрыва, не замечая его. Связано это оказалось с образованием небольших петель, которые создают топологические препятствия для движения полимеразы вокруг нуклеосомы. Достаточно ли таких выпетливаний для полного объяснения репарации разрывов в комплементарной цепи, пока не ясно — работа проведена на в in vitro системе, а не на культуре клеток. Перейти к их исследованиям ученые планируют в будущем.