Исследователи обнаружили сложный процесс восстановления ДНК в геноме

Полученные результаты еще раз бросают вызов убеждению, что сломанная ДНК плавает бесцельно, и подчеркивают ценность междисциплинарных исследований в биологии и физике.

Восстановление ДНК помогает обеспечить стабильность генома, что, в свою очередь, позволяет клеткам функционировать и способствует здоровью всех организмов. Двухцепочечные разрывы ДНК особенно токсичны для клеток, и исследователи десятилетиями предполагали, что эти разрывы плавают внутри ядер клеток без направления, пока они не вызовут другие клеточные изменения или не произойдет фиксация.

Эта точка зрения начала меняться в 2015 году, когда Карим Мехайл и его лаборатория показали, что поврежденная ДНК может быть преднамеренно транспортирована «скорой помощью» моторного белка в «больницы» ДНК, обогащенные определенными факторами репарации в ядрах. Позже исследователи работали с инженерами аэрокосмической отрасли, чтобы показать, что после одного двухцепочечного разрыва ДНК отправляется на ремонт через длинные «автобаны» нитевидных микротрубочек, которые также движутся.

В текущем исследовании Мехайл и ведущий автор Роксана Ошидари рассмотрели дрожжевые клетки с множеством разрывов двухцепочечной ДНК и показали, что координация между более короткими типами нитей, микротрубочек и капель жидкости, состоящих из белков репарации ДНК, позволяет существовать центру восстановления ДНК.

«Капли жидкости работают с внутриядерными микротрубочками, чтобы стимулировать кластеризацию поврежденных участков ДНК, — говорит Мехайл — доцент кафедры лабораторной медицины и патобиологии в Университете Торонто. — Восстанавливающие белки на этих разных участках собираются в капельки, которые сливаются в более крупную центровую каплю, благодаря действию более коротких ядерных микротрубочек».

По словам Мехайла, эта более крупная капля, похожая на масло, ведет себя как паук, выпуская паутину звездчатых нитей, привязывающихся к более длинным автобанам, по которым поврежденная ДНК может транспортироваться в больницы ДНК.

Мехайл обратился к Насеру Ашгризу — профессору кафедры механического и промышленного машиностроения, чтобы измерить и понять роль капель в процессе ремонта ДНК.

После нескольких месяцев переговоров и экспериментов компьютерное моделирование неоднократно предсказывало, что более короткие нити будут двигаться как поршни, понижая давление в нуклеоплазме и создавая эффект всасывания, который приводит к слиянию капель. Мехайл и его команда подтвердили эту находку в своей лаборатории.

Мехайл и его команда также раскрыли другие важные свойства ремонтных капелек вместе с профессорами Университета Торонто Хеном Кейт Ли и Хейли Уайетт в отделе биохимии. Исследователи обнаружили, что самое удивительное открытие произошло после нескольких циклов слияния капель.  Роксана Ошидари заметила, что более крупные капли инициируют внутреннюю концентрацию строительных нитей, форсируя создание своего рода самоблокирующейся кирпичной дороги, которая вместе с нитями паутины позволяет ДНК цепляться за более длинные нити автобана.

По словам Мехайла, сложный процесс легко пропустить, если смотреть на места повреждения ДНК, в основном потому, что изображения в полевых условиях стали высоко автоматизированными. Большая часть программного обеспечения была настроена, чтобы увидеть то, что уже было увидено. «Мы не можем полагаться на старые способы наблюдения, — говорит он. — Нам нужно обновить наше программное обеспечение, а также вернуться к рассмотрению человеческим глазом, используя при необходимости моделирование».

Источник: https://scientificrussia.ru, https://www.nature.com