Чего ДНК боится как огня?

Известно, что ДНК представляет собой двойную спираль. Две цепи ДНК переплетаются и хранят в таком виде генетическую информацию живых организмов. Эта информация должна передаваться от клетки к клетке в неизменном состоянии. Поэтому повреждения в ДНК недопустимы. Однако их нельзя избежать. Повреждения настигают ДНК постоянно, поэтому в клетке существует специальная система ремонта. Её называют системой репарации. Если система репарации нарушена, то ничего хорошего не жди — стабильность генома уменьшается, в нём накапливаются ошибки, возникают заболевания. Известны и наследственные болезни у людей с недостатками в системе репарации, например, пигментная ксеродерма.

Поломки в ДНК бывают нескольких типов, и опасность они представляют разную. Одно из самых серьезных повреждений — это двухцепочечный разрыв. Он чреват не просто появлением локальной ошибки в геноме, а может вызвать гибель клетки. Также двухцепочечные разрывы провоцируют геномную нестабильность, что приводит к превращению нормальной клетки в раковую. Поэтому белки ремонта таких повреждений просто необходимы. Их недостаток вызывает проблемы с иммунитетом, нейродегенерацию, предрасположенность к онкологии [1].

Интересно, что иногда клетка сама создает двухцепочечный разрыв в ДНК. Этот происходит, в норме, при развитии иммунитета [2]. Но и тут белки репарации играют свою роль. Неважно, появился ли разрыв случайно или намеренно, его нужно ликвидировать.

Ликвидация разрывов

Важным механизмом репарации двухцепочечных разрывов является негомологичное соединение концов (НГСК). Оно начинается с того, что белки Ku70 и Ku80 связывают ДНК вблизи разрыва [3]. Затем привлекаются другие компоненты системы репарации и собирается рабочая машина по устранению неисправностей, соединяющая концы ДНК [4]. Интересно, что некоторые белки этой машины похожи друг на друга (например, XRCC4 и XLF). Поэтому их объединили в общее суперсемейство [5]. В целом, белки разные, но у них есть общая похожая часть [6]. Недавно ученые с помощью методов биоинформатики проанализировали ранее не охарактеризованные белки и нашли нового участника этого суперсемейства. Его назвали PAXX (PAralog of XRCC4 and XLF) [7].

Что делает РАХХ?

Дополнительное исследование структуры РАХХ подтвердило наличие у него части, характерной для данного суперсемейства. Это уже указывало, что новый белок может участвовать в репарации ДНК. Затем исследователи посмотрели, с какими белками может взаимодействовать РАХХ в клетке. Оказалось, что его основные партнеры — Ku70 и Ku80, те самые, что играют ключевую роль в репарации ДНК.

Также наглядные подтверждения роли РАХХ были получены с помощью микроскопии. Исследователи объединили исследуемый белок с флуоресцентным (рис. 1).

Рисунок 1. Светящийся белок GFP (green fluorescent protein) соединили с белком РАХХ. Такую конструкцию использовали для исследования локализации РАХХ в клетке.

Рисунок 2. РАХХ скапливается в месте появления разрывов. По зелёному свечению можно определить, где локализован этот белок. Видно, что в ядре клетки очень много молекул РАХХ, так как ядро почти полностью окрашено зелёным. Белые стрелочки указывают на линию, вдоль которой локализованы разрывы ДНК. Со временем эта линия начинает светиться сильнее. Рисунок из статьи [7].

Благодаря такому подходу можно наблюдать за локализацией РАХХ в клетке. Затем учёные спровоцировали появление разрывов в ДНК в определенном месте ядра и наблюдали, как в этом месте скапливается РАХХ (рис. 2). Значит, этот белок привлекается к разрывам.

Показали, что без белка РАХХ клетки становятся заметно чувствительнее к воздействиям, вызывающим разрывы в ДНК, в том числе, к радиации. Также РАХХ оказался важен для правильной работы других белков системы репарации, то есть эти белки работают в команде. Учёные полагают, что основная роль РАХХ заключается в следующем: он участвует в сборке машины репарации. Уже получены первые данные в пользу этой гипотезы.

Литература

1. Woodbine L., Gennery A. R., Jeggo P. A. (2014) The clinical impact of deficiency in DNA non-homologous end-joining. DNA Repair (Amst). 16, 84–96;
2. Jackson S. P., Bartek J. (2009). The DNA-damage response in human biology and disease. Nature 461(7267), 1071–1078;
3. В лунном свете, или Тайная жизнь Ku-антигена;
4. Williams G. J., Hammel M., Radhakrishnan S. K. et al. (2014). Structural insights into NHEJ: building up an integrated picture of the dynamic DSB repair super complex, one component and interaction at a time. DNA Repair (Amst). 17, 110–120;
5. Ochi T., Wu Q., Blundell T. L. (2014). The spatial organization of non-homologous end joining: from bridging to end joining. DNA Repair (Amst). 17, 98–109;
6. Leidel S., Delattre M., Cerutti L. et al. (2005). AS-6 defines a protein family required for centrosome duplication in C. elegans and in human cells. Nat. Cell. Biol. 7(2), 115–125;
7. Ochi T., Blackford A. N., Coates J. et al. (2015). DNA repair. PAXX, a paralog of XRCC4 and XLF, interacts with Ku to promote DNA double-strand break repair. Science. 347(6218), 185–188..