Исследование, опубликованное сегодня в виде рецензируемого препринта в журнале eLife, ученые называют эпохальным. В нем раскрывается, как белок RAD51 помогает восстанавливать ДНК через гомологичную рекомбинацию, процесс обмена цепями между схожими участками молекул. Эти данные важны для изучения механизмов стабильности генома и разработки противораковых стратегий.
Гомологичная рекомбинация — это один из ключевых путей восстановления ДНК, особенно при сложных повреждениях. Она также участвует в размножении и играет важную роль в борьбе с раком, позволяя точечно вмешиваться в работу опухолевых клеток. Главный фермент этого процесса в эукариотических клетках — RAD51.
RAD51 соединяется с поврежденной одноцепочечной ДНК, образуя особую структуру — нуклеопротеиновую нить. Эта нить находит участок с похожей последовательностью и запускает обмен цепями, формируя промежуточную структуру под названием D-петля. До сих пор оставалось непонятным, как именно происходит этот обмен.
Ученые из Кембриджского университета применили криоэлектронную микроскопию, чтобы визуализировать структуру RAD51, связанную с D-петлей. Они построили трехмерную модель из более чем 100 000 изображений и впервые увидели, как RAD51 взаимодействует с ДНК в процессе обмена.
Команда обнаружила, что белок использует так называемые петли L2 — участки, вставляющиеся между цепями ДНК, чтобы раскрыть спираль. Эти вставки открывают три основания ДНК, позволяя вторгающейся цепи найти комплементарный участок. Причем RAD51 действует несимметрично: на одном конце D-петли петли L2 активно раскрывают ДНК, на другом — почти не участвуют.
Интересно, что обмен не всегда происходит идеально. Одна пара оснований часто остается незадействованной, а в некоторых случаях наблюдаются небольшие несовпадения между нитями. Это говорит о возможных допусках в точности механизма.
Наконец ученые увидели, как RAD51 захватывает обмененную цепь внутри своего канала. Это позволяет управлять ее удалением и завершать процесс. Полученные данные важны для понимания восстановления ДНК в норме и при болезнях.
Интересно, что влияние генетики на здоровье и старение выходит за пределы восстановления ДНК. Например, недавно ученые обнаружили, что у женщин с возрастом активируются гены на второй Х-хромосоме, которая раньше считалась молчаливой. Об этом вы можете узнать подробнее в этой статье.