Американские биохимики обнаружили, что железосерные кластеры, которые участвуют в клеточном дыхании и питании, также регулируют синтез новых молекул ДНК. Они предположили, что это возможно благодаря способности ДНК переносить электрический заряд. Статья об исследовании опубликована в журнале Science.
При делении клеток каждая дочерняя клетка должна получить точную копию ДНК родительской клетки, за это отвечает процесс репликации. Репликация обеспечивает точную передачу генетической информации между клетками организма и проходит в несколько этапов. Первый из этапов – инициация репликации, в ней участвует комплекс из двух ферментов, ДНК-праймазы и ДНК-полимеразы α. ДНК-праймаза синтезирует затравку – короткую молекулу РНК, с которой начинается синтез новой ДНК нити. Затем ДНК-полимераза α удлиняет эту РНК затравку и с нее начинается следующий этап репликации. Ферментный комплекс хорошо изучен, но до сих пор не до конца понятно, как регулируется работа обоих ферментов.
Авторы нового исследования предположили, что в регуляции работы белков участвуют железносерные кластеры [4Fe4S]. Они способны получать, переносить и отдавать электроны и есть у многих белков, которые играют важную роль в метаболизме клетки. Есть они и у ДНК-праймазы, и у ДНК-полимеразы α, хотя эти белки не участвуют в клеточном дыхании или получении энергии, а железо из кластера способно повредить ДНК.
С помощью методов ДН-электрохимии и серии точечных мутаций в ферметах ученые обнаружили, что когда кластер [4Fe4S] находился в окисленном состоянии, ДНК-праймаза образовывала прочную связь с молекулой ДНК, а когда железосерный кластер восстанавливал заряд, связь становилась слабой и праймаза легко отделялась от ДНК.
Исследователи использовали эту информацию, чтобы описать возможный принцип действия комплекса. Согласно предложенной модели, ДНК-полимераза α посылает электрон к праймазе, пользуясь ДНК как переносчиком заряда. После этого железосерный кластер переходит в восстановленное состояние и праймаза отделяется от ДНК, после чего полимераза начинает работать.
Механизм работы ферментного комплекса. ДНК-праймаза (бежевая) работает, когда железосерный комплекс окислен (сине-фиолетовый). Когда РНК-затравка готова, ДНК-полимераза (голубая) отправляет по ДНК электрон из своего восстановленного железосерного кластера (красно-желтый). ДНК-праймаза восстанавливается и отделяется от ДНК.
Интересно, что одина из авторов новой работы, Жаклин Бартон (Jacqueline Barton), в начале девяностых показала, что ДНК способна переносить заряд и, в частности, благодаря этой способности работает механизм восстановления поврежденной ДНК.
В процессе репликации ДНК еще много белых пятен, которые ждут исследования. Например, для изучения завершающей стадии репликации модельную систему сделали не так давно.
Обсуждение