Показана роль белка XPG в регуляции механизма репарации ДНК

Один из механизмов репарации ДНК, эксцизионная репарация нуклеотидов (nucleotide excision repair, NER), имеет решающее значение для восстановления повреждений одной цепи ДНК, вызванных УФ-облучением, мутагенами, химиотерапевтическими препаратами и другими факторами. При этом в качестве матрицы используется неповрежденная комплементарная цепь. С мутациями в белках системы NER связаны более 10 заболеваний. Кроме того, реализация механизма NER препятствует лечению рака, так как она обеспечивает восстановление повреждений ДНК в клетках опухоли во время лучевой терапии, поэтому актуальным является поиск биологически безопасного ингибитора NER. Однако чтобы разработка такого ингибитора стала возможна, необходимо детально изучить молекулярный механизм этого процесса. В новой работе ученые из США и Саудовской Аравии описали функцию белка XPG.

Во время NER после первичной детекции поврежденных фрагментов ДНК к работе приступает транскрипционный фактор TFIIH.  Комплекс TFIIH состоит из центральной части (или сердцевины, coreTFIIH) и циклин-активируемого киназного модуля. CoreTFIIH сформирован семью субъединицами, включая АТФазы XPB и XPD. XPB отвечает за расплетание нитей ДНК с образованием пузыря, а XPD сканирует повреждения. В самом начале своей работы TFIIH рекрутирует нуклеазу XPG, но действует эта нуклеаза в последнюю очередь — она надрезает поврежденную цепь ДНК с 3'-конца. При этом для запуска NER важно присутствие, но не каталитическая активность XPG.

С помощью флуоресцентной визуалиации единичных молекул авторы новой работы определили скорость перемещения coreTFIIH вдоль одноцепочечной ДНК (оцДНК) и раскручивания им двухцепочечной ДНК (дцДНК) в присутствии других белков, вовлеченных в NER. Эксперименты проводились на бесклеточной системе. Ученые показали, что XPG не влияет на скорость какого-либо из двух процессов, но увеличивает вероятность переключения с перемещения вдоль оцДНК на расплетание дцДНК на границе этих двух типов ДНК. Сам по себе coreTFIIH не мог с достаточной эффективностью раскручивать дцДНК, то есть присутствие XPG необходимо для начала образования пузыря при NER.

Далее ученые провели анализ ферментативной активности комплекса coreTFIIH-XPG. Во время перемещения вдоль ДНК нуклеазная активность XPG подавлялась. Ингибирование движения coreTFIIH, которое достигалось удалением из системы АТФ или добавлением ее негидролизуемого аналога, стимулировало нуклеазную активность XPG в отношении неповрежденных участков. Если же coreTFIIH останавливался при встрече с поврежденным участком, нуклеаза XPG срабатывала даже в присутствии АТФ. Следовательно, разрезание ДНК вызывает не столько встреча с повреждением сама по себе, сколько прекращение или нарушение гидролиза АТФ. Ученые предположили, что гидролиз АТФ регулируется субъединицей XPD, причем ранее высказывалось предположение, что XPD взаимодействует напрямую с XPG.

Примечательно, что как хеликазная, так и нуклеазная активность coreTFIIH-XPG зависела от длины расплетенного фрагмента ДНК. Оптимальной была длина, равная примерно 15–20 нуклеотидам, — это «правильный» размер пузыря, при достижении которого происходит разрезание поврежденного участка с 3'-конца и его удаление.

Таким образом, ученые продемонстрировали последовательную регуляцию NER комплексом coreTFIIH-XPG. Схема работы комплекса представлена на иллюстрации.

Журнал Nucleic Acids Research назвал публикацию «прорывной статьей». «Эти результаты раскрывают фундаментальный механизм контроля NER и указывают на взаимодействие между TFIIH и XPG как на эффективную мишень для терапии», — говорит один из руководителей работы Самир Хамдан, сотрудник Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия).