Как найти сломанную ДНК
Ученые установили, каким образом фермент репарации NEIL-1 определяет участки ДНК человека, требующие «починки». Этот механизм совпадает с процессом распознавания поломок другими подобными ферментами у людей и прочих живых организмов.
В каждом организме постоянно случаются повреждения ДНК. Они могут возникать спонтанно, а могут быть вызваны окислительным стрессом, ультрафиолетовым излучением, радиацией, старением и еще множеством разнообразных факторов. Одних окислительных повреждений у человека в сутки происходит около 10 000.
Большинство неполадок устраняется естественным образом благодаря системе репарации — с помощью специальных белков-ферментов. Они стоят на страже сохранности генетической информации и должны молниеносно реагировать на любые виды повреждений. В противном случае последствия для клеток могут быть тяжелыми: их ждут мутации, гибель, злокачественные перерождения.
Обнаружение повреждений — не простая задача. ДНК состоит из нуклеотидов, которые, в свою очередь, состоят из азотистых оснований, остатка дизоксирибозы и фосфатной группы. Чаще всего поломки происходят в азотистых основаниях. При этом нуклеотидов в ДНК человека — 3,2 миллиарда, а поврежденный участок иногда отличается от неповрежденного лишь несколькими атомами.
Как ферменты узнают проблемные участки? Этот вопрос долгие годы изучают в Институте химической и фундаментальной медицины СО РАН (до 2003 года — Новосибирский институт биоорганической химии СО РАН). Начало работе было положено еще в начале 1990-х благодаря усилиям директора института академика Дмитрия Георгиевича Кнорре. Работа опубликована в Journal of Molecular Biology.
По словам старшего научного сотрудника ИХБФМ СО РАН доктора химических наук Никиты Александровича Кузнецова, накопилось достаточно данных, свидетельствующих о том, что у многих ферментов механизм узнавания и устранения поломок схожий. «Чаще всего необъемные повреждения ДНК устраняются с помощью так называемой эксцизионной репарации оснований (от англ. excision — вырезание. — Прим. ред.), когда фермент буквально вырезает поврежденный нуклеотид. Упрощенно эту систему можно представить в виде четырех этапов, — рассказывает ученый. — Первый этап инициируют ферменты, которые называются ДНК-гликозилазы. Их задача заключается в том, чтобы найти среди множества нормальных оснований