Установлен молекулярный механизм синдрома Линча

Когда клеточная система, корректирующая ошибки ДНК, сталкивается со сбоями в геноме, в бой бросается целая свора протеинов, чтобы растерзать ошибочный фрагмент и заполнить освободившееся место правильными нуклеотидами. Один из таких протеинов, эндонуклеаза MutL, разрезает неправильную последовательность ДНК при непосредственном участии АТФ, энергетической разменной монеты клетки. Однако точный механизм, посредством которого АТФ регулирует действие фермента MutL, до сей поры постоянно ускользал от биохимиков.

И вот наконец-то группа из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) продемонстрировала, что АТФ физически связывается с ремонтным протеином MutL, вызывая структурные изменения в каталитических центрах фермента, и это запускает механизм генетической резки.

Для достижения поставленной цели учёные провели серию экспериментов-визуализаций в теплолюбивых бактериях Aquifex aeolicus, дабы выяснить, каким образом АТФ влияет на MutL. Используя особую реализацию метода масс-спектрометрии, специально разработанную для мониторинга конформационных изменений в протеинах (водород-дейтериевый обмен + электроспрей-масс-спектрометрия; почитать об открытии этого метода можно здесь), удалось показать, что вначале АТФ привязывается к одному из окончаний протеина MutL. С помощью многочисленных физических взаимодействий это связывание на одном конце протеина вызывает структурные изменения на другом — том самом, где как раз находятся каталитические центры фермента, — подталкивая фермент к шинкованию ошибочных ДНК.

Но, по-видимому, ещё более важным открытием стало выявление двух неизменных регионов MutL: один располагается в области связывания с АТФ, а другой — в каталитическом регионе; оба чрезвычайно существенны для нормального функционирования протеина MutL в роли шредера.

В случае человеческого эквивалента MutL мутации в этом каталитическом регионе приводят к появлению синдрома Линча — наследственной формы рака, характеризующейся неработоспособной системой восстановления ошибочных ДНК. Для получения детального молекулярного объяснения наблюдаемого дефекта восстановительной системы японцы изучили поведение MutL с разнообразными мутациями в этом каталитическом регионе и констатировали резкое уменьшение ферментативной активности. Теперь можно с уверенностью утверждать, что основной причиной появления синдрома Линча является дисфункция ферментативной активности именно MutL-эндонуклеазы.

Результаты исследования опубликованы в издании Journal of the Biological Chemistry.