Биологи заглянули в «моторный отсек» запускающего репликацию комплекса

Биологи заглянули в «моторный отсек» запускающего репликацию комплекса

Ученые из США разобрались в активной структуре человеческого ORC комплекса, который связывается с точкой начала репликации и инициирует удвоение клеточной ДНК в процессе деления. Проведенное исследование помогает понять, каким именно образом образуется связь между ДНК и ORC, как в этом процессе используется АТФ и почему мутации в субъединицах ORC комплекса приводят к болезням человека. Полный текст исследования опубликован на сайте журнала eLife, а кратко о его содержании рассказывает пресс-релиз лаборатории Колд Спринг Харбор.

Когда в жизни клетки настает этап деления, возникает необходимость передать полный набор генетической информации каждому своему потомку, никого при этом не обделив. Для этого на основе имеющейся ДНК создается ее точная копия. Этот процесс называют репликацией, а синтезом ДНК занимается фермент ДНК-полимераза.

Известно, что ДНК состоит из двух цепей. Самым важным в каждой цепи является последовательность четырех разных азотистых оснований: аденина, тимина, гуанина и цитозина, которые по первым буквам принято обозначать А, Т, Г и Ц. Эти «буквы» собираются в «строчки», в которых записана вся информация. При этом, когда в одной цепи стоит А, на второй обязательно будет Т, а напротив Г — Ц. И наоборот. Это называют комплементарностью, и такое положение дел позволяет построить вторую цепь, имея в своем распоряжении только одну.

Во время репликации специальные ферменты расплетают двойную спираль и разводят ее нити в стороны, создавая репликационную вилку. Дальше ДНК-полимераза использует материнскую цепь как шаблон и скрупулезно ставит напротив имеющихся нуклеотидов положенные им пары. Так на основе каждой из двух цепей возникает еще по одной.

Таким образом, в каждую клетку отправляется полноценная двуцепочечная ДНК, в составе которой есть одна цепь, принадлежавшая материнской клетке, а вторая достроена по ее образу и подобию.

Репликация генома инициируется в строго определенных местах генома (одном или нескольких), которые называются точками начала репликации (origin of replication или просто origin). Если геном небольшой, то можно обойтись одной, но у эукариот их, как правило, гораздо больше. Перед репликацией обеспечивающие ее ферменты занимают исходные позиции, а потом синхронно приступают к делу. Каждый работает на своем участке, тем самым обеспечивая быстрое удвоение даже значительных объемов генетической информации.

Громадную роль в инициации репликации играет распознающий точку начала репликации комплекс — ORC (origin recognition complex), который самособирается на ней и служит основой для сборки следующего, т.н. пререпликационного комплекса. ORC довольно консервативен у всех эукариот и состоит из шести частей — субъединицы с первой по шестую. Несмотря на очевидную его важность и открытие, состоявшееся больше двадцати лет назад, о структуре человеческого ORC было известно довольно мало. Новое исследование, проведенное методами рентгеноструктурного анализа и криоэлектронной микроскопии, устраняет этот пробел.

ORC можно условно разделить на две части. Первая состоит из ORC2 и ORC3, а во вторую входят субъединицы ORC1, ORC4 и ORC5 и образуют самую интересную его часть — «моторный отсек» комплекса. Соединение этих двух частей придает комплексу почти кольцевидную форму, а последующее связывание с белком CDC6 превращает конструкцию в полноценное кольцо, через центр которого проходит ДНК.

Как говорят сами авторы работы, структура «моторного отсека» человеческого ORC больше всего напоминает орешек кешью.

Полученные данные также помогают лучше разобраться в причинах, вызывающих синдром Мейера-Горлина, который проявляется карликовостью и микроцефалией. Известно, что этот синдром развивается при нарушениях в работе репликативного комплекса и в том числе связан с мутациями в «моторном отсеке» ORC. Ученые проанализировали испорченные мутациями субъединицы «моторного отсека» и показали, что повреждение первой полностью уничтожает АТФазную активность, а повреждение четвертой лишь незначительно ее снижает. Повреждение же обеих приводит к сходному с повреждением первой эффекту, что указывает на их роль в использовании АТФ.

Интересен, эффект, который вызывают мутации при синдроме Мейера-Горлина. Повреждение ORC1 так же приводит к исчезновению активности и приводит к самой тяжелой форме синдрома. Но когда изменения затрагивают ORC4, «моторный отсек» наоборот становится гиперактивным. Однако, при соединении с остальными частями комплекса, эффективность его работы все же снижается вполовину от нормальной, что тоже плохо сказывается на организме-носителе, но не так критично. Проясненные детали помогают понять, как и почему возникает синдром Мейера-Горлина.

В целом оказалось, что человеческий ORC заметно отличается от аналогичного у дрозофилы, но похож на комплекс дрожжей. Однако, несмотря высокое сходство они по-разному взаимодействуют с ДНК — во время деления дрожжей комплекс стабилен, а у человека он постоянно собирается и разбирается.

Не так давно изучение процесса репликации принесло еще одно открытие. Дело в том, что ДНК-полимераза не может начать синтезировать вторую цепь сама по себе, чтобы начать ей требуется праймер, затравка — небольшой кусочек последовательности, комплементарный основной цепи. Его синтезирует праймаза, но тонкая регуляция взаимодействия между этими ферментами до сих пор оставалась неясна. Оказалось, что два фермента общаются, передавая по цепочке ДНК электрон.

Юрий Солюс

N+1

Похожие новости:
Трудности с Наукой: о лабораторном модуле
Противоречивая информация поступает из разных источников относительно сроков запуска многоцелевого лабораторного модуля «Наука», который должен пополнить состав Международной космической станции (МКС), сообщает «The_Anonymous». По одним данным из открытых источников, этот космический аппарат должен ..
2012-04-24 1637 0 Научные открытия
0
Биологи нашли нейроны магнитной навигации в мозге голубей
Изучая почтовых голубей, биологи из Америки обнаружили в их мозге обособленную группу нейронов, отвечающих за обработку информации, необходимую птицам для ориентации в пространстве, тем самым помогая им прокладывать курс при длительных перелетах. Обнаруженный ученными «биокомпос» помогает птицам ориентироваться по магнитному ..
2012-05-2 1580 0 Научные открытия
0
На глубине обнаружили новый вид членистоногих
На глубине 1890 метров от от уровня моря, в пещерах Абхазии была обнаружена новая особь вида ногохвосток, размер этого представителя не превышает четырех миллиметров.. Местом исследования ученым послужила пещера Кубера-Воронья, которой занимались одновременно биологи португальского института ..
2012-04-23 1408 0 Научные открытия
0
Ученые впервые синтезировали ДНК с тремя парами оснований
Американские ученые из TSRI (The Scripps Research Institute, Исследовательский институт Скриппса) впервые синтезировали ДНК с тремя парами оснований и вырастили на ее основе культуру бактерий, способных к самовоспроизводству. Биологи представили свою работу в журнале Nature, кратко с ее результатами можно ..
2014-05-08 1453 0 Научные открытия
0
Биологи разглядели работу нейронов в мозге малька
Биологи научились видеть работу нейронов в мозге свободно движущихся животных и проследили затем, о чем думает малёк данио-рерио во время охоты на инфузорию. Работа опубликована в журнале Current Biology группы Cell, а ее краткое содержание пересказывает ScienceNow. Метод основан на использовании ..
2013-02-2 1611 0 Научные открытия
0
Ученые выявили белок, стимулирующий иммунитет к вирусам
Группа биологов под руководством Бет Лэвин из Юго-Западного университета Техаса в Далласе (США) обнаружила один из ключевых белков, управляющих защитной реакцией клетки на попадание в нее вируса, изучая процесс проникновения вируса иммунодефицита внутрь человеческих клеток. Известно, что иммунитет всех позвоночных ..
2013-02-4 1366 0 Научные открытия
0
Ученые обнаружили метод избавления мозга от мусора
Научные работники сразу из нескольких институтов выявили еще неизвестный еще для науки механизм, с помощью которого мозг может «избавляться» от «мусора». Стоит подчеркнуть, собственно в человеческом организме любой орган изготавливает «мусор» и мозг не выбился из привычных рамок. Конечно, собственно процесс ..
2012-09-8 2537 0 Научные открытия
0
Выдвинута новая теория относительно размера чёрных дыр
Астрономы выдвинули новое предположение, которое объясняет причину увеличения чёрных дыр, сообщает «WordScience.org». Учёные-исследователи из Великобритании и Австралии выявили, что некоторые чёрные дыры растут с большой скоростью, а их вес превосходит массу Солнца в миллиарды раз. Команды из университета Лестера (Великобритания) ..
2012-03-25 1527 0 Научные открытия
0
Объяснена неуязвимость инфузорий-экстремалов к холоду
Итальянские биологи из Университета Камерино выяснили, что именно придает одноклеточному организму Euplotes focardii способность выживать в холодных антарктических водах и справляться с высокой концентрацией кислорода. Для этого ученые сравнили гены нескольких видов простейших. Пресс-релиз исследования опубликован ..
2016-07-19 1362 0 Научные открытия
0
Ученые объяснили асимметрию чтения ДНК
Молекулярные биологи из Массачусетского технологического института обнаружили один из механизмов, который позволяет объяснить асимметрию транскрипции ДНК у человека и других ядерных организмов. Статья с описанием работы опубликована в журнале Nature, кратко о ней пишет пресс-служба MIT. В ходе исследования ученые ..
2013-06-25 1438 0 Научные открытия
0
Американские ученые обнаружили у детей ген успешности
Биологи из Колорадо предлагают родителям проверить своих детей на успешность. Ученые утверждают, что по анализу ДНК можно определить, светит ли малышу блестящее будущее в спорте, и если да, то в каком именно. Протестировать своих детей на успешность уже решил обладатель кубка Стенли Шон Подейн, ..
2011-11-11 1568 0 Научные открытия
0
Человек произошел от морского червя
Ученые из Великобритании и Канады спешат расширить кругозор тех, кто считает, что человек произошел от обезьяны. Биологи доказали, что нашим "более старшим" предком был двухмиллиметровый морской червь, обитавший на планете более 500 миллионов лет назад, сообщает Zee News. Древнейшего предка человека зовут ..
2012-03-6 1907 0 Научные открытия
0
Биологи раскрыли тайну неуправляемого деления раковых клеток
Группа биологов из Института Гульбенкяна в Португалии сумели понять, как материнская клетка при делении распределяет среди дочерних клеток правильное количество центриолей — органелл, участвующих в формировании клеточного центра и веретена деления, и отклонения в численности которых может спровоцировать рак. ..
2016-04-23 1875 0 Научные открытия
0
Биологи МГУ увидели причину старения клеток в тепловом шоке
Испытываемый клетками кратковременный тепловой стресс приводит к их старению. К такому выводы пришли российские ученые, авторы статей в журналах Nucleic Acids Research и Cell Cycle. Коротко об исследованиях сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру».Тепловой шок — один из наиболее изученных ..
2016-03-23 2916 0 Научные открытия
1
Открыт гормон, превращающий плохой жир в хороший
Исследователи обнаружили гормон, который преобразует "вредный" белый жир в "полезный" бурый. Медики надеются, что открытие поможет в лечении ожирения, диабета и нейромышечных заболеваний, а также к появлению таблетки, заменяющей физические нагрузки. Долгие годы биологи знали, что физические упражнения каким-то ..
2012-01-23 1877 0 Научные открытия
0