Η μελέτη αποκαλύπτει πώς συνδέεται τα μηχανήματα πρωτεϊνών και αναδιπλώνεται το DNA για να ξεκινήσει την αντιγραφή
Συγγραφείς: Benjamin Schwartz, et αϊ.
Πηγή: Biorxiv (2022)
Περίληψη:
Η αντιγραφή του DNA είναι μια θεμελιώδης βιολογική διαδικασία που εξασφαλίζει την ακριβή επικάλυψη του γενετικού υλικού κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Για να ξεκινήσει η αντιγραφή εκκίνησης, ένα εξειδικευμένο σύμπλεγμα πρωτεϊνών που είναι γνωστό ως φορτωτής ελικάσης-ελικάσης δεσμεύεται και περικλείει τη διπλή έλικα DNA, ξετυλίγοντας τα σφιχτά περιτυλιγμένα σκέλη και δημιουργώντας ένα πιρούνι αντιγραφής. Ωστόσο, οι ακριβείς μηχανισμοί με τους οποίους αυτό το σύμπλεγμα δεσμεύεται και περιτυλίγει το DNA παρέμεινε αόριστο.
Σε μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη, οι ερευνητές έχουν καταγράψει το σύμπλεγμα μεσαίας δράσης φορτωτή ελικάσης-ελικάσης χρησιμοποιώντας μικροσκοπία κρυο-ηλεκτρονίων, μια ισχυρή τεχνική απεικόνισης που επιτρέπει την απεικόνιση των βιομοριακών δομών σε σχεδόν ατομική ανάλυση. Τα ευρήματά τους, που αναφέρθηκαν στο Biorxiv του διακομιστή Preprint, έριξαν πρωτοφανή φως στις περίπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του πρωτεϊνικού μηχανισμού και του DNA, παρέχοντας κρίσιμες γνώσεις στα αρχικά στάδια της αντιγραφής του DNA.
Οι εικόνες υψηλής ανάλυσης αποκάλυψαν ότι το σύμπλοκο φορτωτή ελικάσης-ελικάσης σχηματίζει μια δομή σε σχήμα δακτυλίου που περιβάλλει το DNA, με τις πρωτεΐνες φορτωτή ελικάσης να πιάνουν τη διπλή έλικα DNA και τις πρωτεΐνες ελικάσης που τοποθετούνται πίσω από αυτές, έτοιμες να ξεδιπλώσουν τις κλώνες DNA. Αυτή η διάταξη υποδηλώνει ότι οι πρωτεΐνες φορτωτή ελικάσης διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη δέσμευση του DNA, σταθεροποιώντας το σύμπλεγμα γύρω από το DNA και προετοιμάζοντας το για την έναρξη της αναπαραγωγής.
Περαιτέρω ανάλυση αποκάλυψε τις συγκεκριμένες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πρωτεϊνών φορτωτή ελικάσης και της ραχοκοκαλιάς DNA, αποκαλύπτοντας τους μοριακούς μηχανισμούς με τους οποίους το σύμπλεγμα συνδέεται με το DNA. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις περιλαμβάνουν αρκετά υπολείμματα αμινοξέων εντός των πρωτεϊνών φορτωτή ελικάσης που σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου και επαφές van der Waals με τα φωσφορικά DNA, εξασφαλίζοντας ασφαλή πρόσφυση στο γενετικό υλικό.
Επιπλέον, οι ερευνητές αναγνώρισαν μια ευέλικτη περιοχή συνδετήρα εντός των πρωτεϊνών φορτωτή ελικάσης που τους επιτρέπει να προσαρμόσουν τη διαμόρφωσή τους με την ποικίλη αλληλουχία DNA. Αυτή η ευελιξία είναι απαραίτητη για το σύμπλεγμα να φιλοξενήσει τις διαφορετικές αλληλουχίες DNA που συναντώνται κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής, εξασφαλίζοντας αποτελεσματική εκκαθάριση της διπλής έλικας.
Αυτά τα ευρήματα παρέχουν μια λεπτομερή μοριακή κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το σύμπλεγμα φορτωτή ελικάσης-ελικάσης αναγνωρίζει, δεσμεύει και περιτυλίγει το DNA για να ξεκινήσει την αντιγραφή. Αυτή η γνώση εμβαθύνει την κατανόησή μας για τους θεμελιώδεις μηχανισμούς που διέπουν την αντιγραφή του DNA, ανοίγοντας το δρόμο για περαιτέρω έρευνα για την πιστότητα αντιγραφής, τις γενετικές παθήσεις και την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών στρατηγικών.
