Как клетка ремонтирует "архивную" ДНК

Как клетка ремонтирует архивную ДНК

Чтобы устранить повреждения в неактивной ДНК, клетка временно освобождает её от белковой упаковки, давая возможность сигнальному ферменту увидеть дефекты в ДНК-цепях.

Разнообразные повреждения в ДНК могли бы сильно испортить нам (да и вообще всем живым существам) жизнь, если бы не целый комплекс молекулярных машин, занимающихся её починкой, или репарацией. Если вдруг одна или сразу две цепочки ДНК разорвутся, или какой-то нуклеотид окажется заменён на другой, который будет некомплементарным своему напарнику, или нуклеотиды окажутся сшиты вместе, то на этом участке появится «ремонтная бригада»: группа белков, которые развернут повреждённый фрагмент ДНК, вырежут ущербный кусок и вставят на его место специально синтезированную «заплатку».

Такие мутации происходят постоянно: из-за ультрафиолета, из-за ионизирующей радиации, из-за окислительного стресса, из-за каких-то вредных веществ, которые попали в организм, наконец, из-за погрешностей в работе других молекулярных машин - тех, которые выполняют репликацию ДНК. Не будь репарирующих систем, спасу бы нам не было от болезней; считается, что львиная доля онкологических заболеваний начинается с поломки репарирующих машин, которые перестают замечать повреждения в ДНК.

Системы репарации изучены довольно подробно, однако есть нюанс - то, что мы знаем о починке ДНК, относится к событиям, которые происходят на развёрнутой цепи, там, где синтезируется РНК. Когда клетке оказывается нужен какой-то белок, участок ДНК-спирали с геном белка расплетается, чтобы по одной из нитей могла «проехать» РНК-полимераза - фермент, делающий РНК-копию с ДНК - а потом уже эта копия отправляется к рибосомам, которые синтезируют собственно молекулу белка. Если полимераза натыкается на ошибку в нити ДНК, с которой работает, она сигнализирует репарирующим системам. Но повреждения в другой, комплементарной, цепи она не заметит.

Не будем забывать также о том, что в клетке ведь активна далеко не вся ДНК - в том смысле, что, какой бы они ни была, ей просто не нужны все имеющиеся у неё сотни и тысячи генов. В разные периоды жизни клеточные функции меняются, да и сами клетки предназначены для разных вещей: странно было бы требовать от фибробластов соединительной ткани, чтобы в них работали гены, необходимые нейронам для постройки синапсов. Поэтому куски ДНК с ненужными генами хранятся в запакованном виде в своеобразном архиве, в комплексе с белками гистонами.

Как известно, ДНК необычайно длинна, и чтобы она как-то поместилась в клетку, она сложным образом компактизуется вместе белками в хромосомы. Начальный этап компактизации - формирование нуклеосом: кусочек ДНК наматывается на белковую катушку; в таком виде он занимает мало места и одновременно недоступен для белков транскрипции. Однако от повреждений ДНК в нуклеосомах не защищена. Но если, к примеру, клетка вздумает делиться (а стволовые клетки, например, делятся постоянно), то она начнёт удваивать - реплицировать - всю ДНК, и начнутся проблемы, когда реплицирующий аппарат наткнётся на повреждения, которые были скрыты в нуклеосомах.

Было бы странно, если б у клетки не было инструментов для лечения такой «архивной» ДНК. Сотрудникам лаборатории Василия Студитского в Московском государственном университете удалось узнать, как это происходит. В статье в Science Advances авторы сообщают, что, хотя разрывы в ДНК могут случаться в тех участках, что скрыты в «катушке»-нуклеосоме, их всё равно каким-то образом чувствует фермент РНК-полимераза, которая, как мы помним, работает с открытой ДНК. Несмотря на плотную упаковку, нити нуклеосомной ДНК образуют петли (причём появление таких петель, очевидно, связано с переупаковкой ДНК в нуклеосомы после её временного освобождения из них - например, для того, чтобы дать возможность прочитать понадобившийся в какой-то момент ген). РНК-полимераза может ползать по освобождённым нитям, и, когда она чувствует, что с ДНК что-то не то, что есть разрыв, она даёт сигнал репарирующим машинам. Удивительно же то, что фермент чувствует повреждения, которые находятся у него «за спиной»; исследователи полагают, что из-за повреждения впереди лежащая ДНК принимает такую пространственную форму, которая останавливает полимеразу и заставляет её «задуматься».

Эксперименты проводились в пробирке, в искусственно собранной системе из гистонов, ДНК, в которую можно было вносить повреждения в специально предназначенные для этого участки, и фермента РНК-полимеразы. Естественно, результаты теперь нужно будет подтвердить в опытах с живыми клетками, однако уже сейчас можно говорить о том, что появилось новое направление в исследованиях репарации ДНК. Ну, а практическое значение таких работ очевидно: чем больше мы узнаем о репарирующих молекулярных системах, тем лучше будем понимать, как нам защититься от разнообразных мутационных болезней.

Newsland.ru

Похожие новости:
Ученые впервые сняли на видео смерть лейкоцита
Австралийские ученые впервые записали на видео все этапы смерти лейкоцита (белой кровяной клетки) человека. Только благодаря видеосъемке биологи выяснили, что умирающие клетки пытаются послать сигнал бедствия своим коллегам по иммунной системе. Ученые рассказали об открытии ..
2015-06-17 1682 0 Разное, интересное
0
Ученые объяснили высокую скорость приобретения устойчивости к антибиотикам
Ученые объяснили, почему среди далеких друг от друга бактерий легко и быстро передаются важные свойства (прежде всего гены устойчивости к антибиотикам). Об этом сообщается в журнале Nature Communications.Давно известно, что бактерии способны обмениваться небольшими фрагментами ДНК — это играет ..
2015-11-23 5983 0 Разное, интересное
0
10 поразительных фактов о человеческом мозге
Недавно на BBC вышел документальный фильм о человеческом мозге. Представляем вашему вниманию десять удивительных фактов о нашем самом сложном органе. * Человеческий мозг настолько сложно устроен, что на его развитие требуется около 20 лет. * В чреве матери, в мозгу образуется 8 000 новых ..
2014-01-08 2959 0 Разное, интересное
0
Гигантские вирусы назвали четвертой ветвью жизни
Ученые из Марселя обнаружили у гигантских вирусов геномные кассеты CRISPR, связанные с защитной функцией и наблюдаемые ранее у прокариот. Это, по мнению специалистов, позволяет отнести вирусы с CRISPR к промежуточным формам жизни (между бактериями и вирусами). Исследование опубликовано в журнале ..
2016-03-01 1429 0 Разное, интересное
0
Опровергнут главный миф об омоложении человека
Усиление активности белков, удлиняющих теломеры, связано с ускорением старения, а не его замедлением, как считалось ранее. К такому выводу пришла группа американских ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Бостонского университета, Стэнфордского университета и Института исследования старения при некоммерческой организации Hebrew ..
2018-02-05 5198 0 Разное, интересное
0
Нейроны меняют собственную ДНК
Чтобы мозг работал хорошо, его клетки должны уметь налаживать связь со своими соседями. Оказалось, что эффективная регуляция межнейронных контактов зависит от микроповреждений в собственной ДНК нейронов. Стабильность ДНК – залог долгой и счастливой жизни, поэтому всякие мутации клетка старается ..
2015-04-30 1892 0 Разное, интересное
-2
Гипотеза зарождения жизни через клетку-прародительницу
Доктор биологических наук, заведующий кафедрой биохимии, микробиологии и биотехнологии Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета профессор Эдуард Костецкий выдвинул гипотезу зарождения жизни. Этот механизм, по словам ученого, является универсальным для любого уголка Вселенной, ..
2013-01-26 2346 0 Разное, интересное
0
Секс в космосе может быть смертельно опасен
Новости с Марса поступают к нам каждый день, а колонизация Луны кажется вполне реальной перспективой. В этой связи нет ничего удивительного в том, что будущие космические туристызадумались о том, каково будет заняться сексом в безвоздушном пространстве. Однако ученые спешат остудить ..
2013-03-18 2746 0 Разное, интересное
0
Назван секрет высокой продолжительности жизни человека
Ученые из Пхоханского университета науки и технологии в Южной Корее обнаружили молекулярный механизм, препятствующий быстрому старению живого организма. С помощью него клетки избавляются от дефектных молекул РНК, что продлевает жизнь. Подобные системы, по мнению исследователей, существуют и у человека, ..
2017-03-10 6010 0 Разное, интересное
0
Ужасные фокусы Теслы повторяют в Москве
В Москве в Паноптикуме - музее научных открытий - представлена выставка «Теслатон». Здесь изобретатели показывают собственные конструкции трансформаторов Тесла. А шоу «Мегавольт – Повелитель молний» демонстрирует все эти открытия и изобретения в действии. В конце XIX века чикагцы с ужасом наблюдали, как Никола Тесла, ..
2012-08-25 2308 1 Разное, интересное
0
Удивительный феномен электрических бактерий
Кишечные палочки E. coli – это электрические создания. Эти бактерии, которые населяют кишечник человека, способны создавать электрические вспышки света, и теперь ученым удалось визуализировать процесс, как клетки мигают словно лампочки. Стоит отметить, что ранее уже было известно о том, ..
2013-12-13 1675 0 Разное, интересное
0
Сколько генов управляют человеческим зародышем
Генетический «ключ зажигания», запускающий развитие человеческого эмбриона, включает в себя всего три десятка генов. С чего начинается развитие эмбриона- Если смотреть на него снаружи, то мы увидим, как оплодотворённая яйцеклетка делится раз, потом другой, потом третий и т. д. – ..
2015-09-07 3112 0 Разное, интересное
0
Наука в России слаба, зато много академиков
Великий обман диетологии. Цели диетологии заключаются в нормализации обмена веществ, оздоровлении организма, скорейшем восстановлении больных после перенесенных заболеваний, а также корректировки веса. При этом не обойтись без оценки энергетической ценности пищевых продуктов, для чего используется ..
2012-08-27 1612 0 Разное, интересное
0
Как бактерии договариваются друг с другом
Для оптимального роста колонии внешние и внутренние клетки бактериальных биоплёнок сумели распределить между собой что-то вроде социальных функций. Умение договариваться и распределять социальные роли внутри сообщества считается способностью высших животных и человека. Тем удивительней здесь ..
2015-07-29 5586 0 Разное, интересное
0
Эмбрион человека находится под вирусной защитой
Человеческий зародыш был бы совсем беззащитен перед вирусной инфекцией, если бы его не защищали собственные «домашние» вирусы. В ходе эволюции человеческий геном приобрёл «начинку» в виде вирусных генов. Происходило это, видимо, по той же технологии, которой пользуются современные ретровирусы, самым ..
2015-04-28 1635 0 Разное, интересное
0