Ученые Новосибирского института
органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН (НИОХ СО РАН) и
Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН)
установили, что одно из главных повреждений ДНК ведет себя по-разному в
зависимости от того, какие «буквы генома» его с разных сторон окружают.
Полученные данные помогут лучше понять механизмы возникновения и предотвращения
мутаций и усовершенствовать способы прогнозирования генетической
предрасположенности к раку. Результаты исследования, поддержанного грантом
Российского научного фонда, опубликованы в престижном международном
журнале «Journal of the American Chemical Society».
Молекула ДНК – основной генетический материал в
клетках человека – подвержена разным видам повреждения. Например, из-за того,
что мы дышим кислородом, его активные формы, образующиеся в процессе
метаболизма, могут окислять нашу ДНК, и азотистые основания – «буквы», которыми
записаны инструкции в геноме – химически изменяются. В дальнейшем это вызывает
мутации, которые приводят к раку и старению.
В число самых распространенных повреждений в ДНК
входит 8-оксогуанин, возникающий при окислении одного из четырех нормальных
оснований – гуанина. Если напротив гуанина в ДНК всегда стоит цитозин, то
напротив 8-оксогуанина клеточными системами могут включаться либо цитозин, либо
аденин, и второй случай приведет к мутации, если только специальная система
репарации ДНК не исправит эту ситуацию. Дефекты генов, отвечающих за удаление
8-оксогуанина, значительно повышают риск развития онкологических заболеваний.
Однако до сих пор точно не известно, как белки репарации ДНК узнают эту
видоизмененную пару оснований.
Ученые НИОХ СО РАН и ИХБФМ СО РАН исследовали
динамику пар нормального гуанина и 8-оксогуанина с цитозином и аденином с
использованием продвинутых методов ядерного магнитного резонанса, которые
раньше не использовались для изучения поврежденной ДНК.
«Метод CLEANEX-PM, который мы
использовали, раньше применялся практически исключительно для исследования
белков. Было несколько работ с нормальной ДНК, но для изучения повреждений мы
использовали его впервые, для этого пришлось даже дорабатывать математический
аппарат для интерпретации сигнала» – говорит руководитель исследования, доктор
физико-математических наук профессор Е. Г. Багрянская.
Оказалось, что 8-оксогуанин напротив аденина
держится внутри двойной спирали ДНК гораздо хуже, чем если напротив него стоит
цитозин. Поврежденное основание часто выворачивается из ДНК и становится
видимым для белков репарации. И наоборот, в паре с цитозином и 8-оксогуанин, и
обычный гуанин хорошо «спрятаны» внутри спирали, и для удаления поврежденного
основания в такой ситуации потребуется совсем другой механизм узнавания. Эти
результаты хорошо согласуются с тем, что пары 8-оксогуанина с цитозином и
аденином в клетке исправляются двумя совершенно разными белками.
«С тех пор, как 8-оксогуанин был открыт
в середине 1980-х годов, он используется как биомаркер окислительного стресса в
организме, и структура этого повреждения хорошо исследована» – рассказывает
один из соавторов исследования, член-корреспондент РАН Д. О. Жарков.
«Но оставалось много неясностей в том, как оно влияет на динамическое поведение
молекулы ДНК, на изменение ее структуры во времени. Давно известно, что ДНК
„дышит” – пары оснований время от времени на доли секунды раскрываются и
закрываются обратно. Мы впервые экспериментально показали, что такое открытие и
закрытие пар с 8-оксогуанином очень сильно зависит от того, какие основания
расположены напротив повреждения и вокруг него».
Ученые добавляют, что знание структуры и динамики
повреждений в ДНК – первый шаг на пути к тому, чтобы понимать механизмы их
исправления на молекулярном уровне и на этой основе создавать средства для
повышения стабильности генома в нормальных тканях и для разрушения ДНК в
раковых клетках.
Источник: НИОХ СО РАН.