В журнале Nature вышло исследование ученых из Института исследования рака в Лондоне и Линчепингского университета в Швеции. Они выяснили, как клетки млекопитающих защищают хромосомы от случайного слияния. Ключевую роль в этом процессе играют белки TRF2 и RAP1: они действуют как молекулярный «тормоз», не позволяя системе восстановления ДНК принять естественные окончания хромосом за опасные разрывы.
Каждая хромосома заканчивается теломерой — специальной областью, похожей на пластиковую накладку на шнурке. Эти структуры отличают конец хромосомы от повреждений. Когда ДНК действительно ломается, в дело вступает система восстановления под названием NHEJ, или не-гомологичное соединение концов. Один из ее главных ферментов, DNA-PK, запускает цепочку восстановительных процессов, притягивая другие белки, включая LIG4.
Однако на концах хромосом такая реакция недопустима. TRF2 формирует кольцевую структуру, скрывающую теломеру, а белок Apollo создает выступ, усложняющий распознавание. Но даже в отсутствии Apollo восстановление не происходит — значит, есть дополнительный защитный механизм. Им, как оказалось, является RAP1.
В ходе экспериментов на мышиных и человеческих клетках исследователи удаляли гены RAP1 и Apollo по отдельности и вместе. При одновременном отсутствии обоих белков до 30% хромосом в человеческих клетках сливались. Это происходило по вине фермента DNA-PK, что доказывает — срабатывал обычный механизм восстановления.
С помощью структурного анализа и криоэлектронной микроскопии ученые показали, как RAP1 физически блокирует взаимодействие DNA-PK с LIG4. Без LIG4 последний этап «починки» не запускается, и хромосомы остаются целыми. Более того, когда RAP1 мутирует и теряет способность связываться с DNA-PK, защита исчезает. При восстановлении этой функции фьюзия хромосом прекращается.
Открытие объясняет, почему хромосомы не склеиваются между собой. RAP1 действует как древний страж, препятствующий ошибочному ремонту. Судя по его роли у разных видов, этот механизм мог появиться задолго до других защитных систем. В случае отказа Apollo, RAP1 остается последним барьером, и только при сбое обоих возникает угроза слияния.
Даже такие устойчивые структуры, как хромосомы, нуждаются в постоянной защите: если специальные белки не помешают, они могут буквально слипнуться. Эти молекулярные «стражи» появились неслучайно — эволюция давно выработала механизмы, оберегающие генетический материал от сбоев. Как быстро при этом меняется сама ДНК, вы можете узнать из этого исследования.
