Двойные разрывы в ДНК клетка ремонтирует не очень аккуратно

Когда в хромосоме происходит двунитевой разрыв ДНК или выпадение из неё крупного куска, будь то из-за окислительного стресса, каких-то иных агрессивных метаболитов, радиации и т. п., клетка может исправить повреждение с помощью ДНК другой хромосомы из пары. Исследователи из Технологического института штата Джорджия (США), заметившие, что во время такого ремонта появляется необычайное количество мутаций, попробовали узнать, почему так происходит.

В итоге Анна Малкова и Кирилл Лобачёв вместе со своими сотрудниками обнаружили, что ремонт повреждённой ДНК происходит с помощью своеобразного варианта репликации, или удвоения, ДНК, которого раньше у эукариот никогда не наблюдалось.

При обычной репликации на ДНК образуется Y-образная структура, или вилка репликации: материнская молекула ДНК расплетается, и на каждой из её цепей строится новая цепь, комплементарная материнской. По ходу дела точка ветвления движется по ДНК, оставляя за собой удлиняющиеся «ветви». В результате получаются две двойные цепи ДНК, в которых одна осталась от старой молекулы, а другая синтезирована на ней заново.

При ликвидации двунитевого разрыва перед клеткой стоит похожая задача — достроить на целом шаблоне то, что оторвалось. Для этого концы повреждённой молекулы связываются с целой ДНК, и каждый из концов — с соответствующей цепью целой молекулы: чтобы определить место в шаблоне, с которого нужно начать ремонт в ущербной ДНК. Но для этого цепи в ДНК-шаблоне должны быть расплетены. В результате образуется структура, которая напоминает не вилку, а пузырь или глаз, — локальное расхождение цепей ДНК, которое будет двигаться по ДНК по мере достройки оторвавшегося участка. Вот так и восстанавливаются сотни тысяч нуклеотидных оснований.

Такой пузырь репликации, повторим, у эукариот раньше не видели, да и сейчас его заметили лишь благодаря уникальному оборудованию, позволявшему замораживать клетки дрожжей на разных этапах этого молекулярного процесса, чтобы его можно было рассмотреть повнимательнее. Суть в том, что именно сам «пузырь» движется по ДНК. Этот механизм ремонта двунитевых разрывов используется у неделящихся клеток (которых в нашем организме, например, большинство), и может быть причиной довольно серьёзных заболеваний. Как пишут исследователи в Nature, в ходе процесса длинные фрагменты цепей ДНК надолго остаются одни, без пары, и это провоцирует в них множество мутаций. Другие же механизмы репарации, которые отвечают за быстрое обнаружение погрешностей в ДНК, на такие мутации не реагируют, и они остаются в молекуле.

Таким образом, ликвидируя крайне опасный разрыв в ДНК, клетка одновременно создаёт множество новых мутаций, которые могут быть как полезными с точки зрения эволюции, так и довольно опасными, если вспомнить про рак.

Подготовлено по материалам Технологического института штата Джорджия. Иллюстрация на заставке принадлежит Shutterstock.