Исследователи из Western University обнаружили белок, обладающий невиданной ранее способностью останавливать повреждение ДНК на своем пути. Это открытие может стать основой для разработки всего: от вакцин против рака до сельскохозяйственных культур, способных выдерживать все более суровые условия выращивания, вызванные изменением климата.
Исследователи обнаружили белок, называемый DdrC (белок восстановления повреждений ДНК C), в довольно распространенной бактерии Deinococcus radiodurans (D. radiodurans), которая обладает явно необычной способностью выживать в условиях, которые повреждают ДНК, например, при радиации в 5000–10 000 раз превышающей ту, которая убьет обычную человеческую клетку. Ведущий исследователь Роберт Сабла говорит, что Deinococcus также отлично восстанавливает ДНК, которая уже была повреждена.
«Это как если бы у вас был игрок в НФЛ, который играет в каждой игре без шлема или щитков», — говорит Сзабла. «Он получал сотрясение мозга и множественные переломы костей в каждой игре, но затем чудесным образом полностью восстанавливался за ночь, как раз к тренировке на следующий день». Он и его коллеги обнаружили, что DdrC является ключевым игроком в этом процессе восстановления.
У каждой клетки есть механизм восстановления ДНК для исправления повреждений. «В случае с человеческой клеткой, если в геноме из миллиарда пар оснований есть более двух разрывов, она не может исправиться и умирает», — говорит он. «Но в случае DdrC этот уникальный белок помогает клетке восстанавливать сотни сломанных фрагментов ДНК в целостный геном».
Сзабла и его команда использовали канадский источник света (CLS) в Университете Саскачевана (USask), чтобы определить трехмерную форму белка, а затем, проведя обратный анализ, лучше понять его «суперспособность» нейтрализовать повреждения ДНК.
«Канадский источник света сыграл в этом решающую роль», — говорит Сабла. «Это самый мощный источник рентгеновского излучения в Канаде». Результаты работы группы были опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
Оказывается, DdrC сканирует ДНК на наличие разрывов, и когда он их обнаруживает, он захлопывается — как мышеловка. Это действие захвата имеет две ключевые функции. Он объясняет: «Оно нейтрализует его (повреждение ДНК) и предотвращает дальнейшее повреждение разрыва. И действует как маленький молекулярный маяк. Он говорит клетке: «Эй, здесь. Здесь повреждение. Иди и исправь его».
Обычно, говорит Сабла, белки образуют сложные сети, которые позволяют им выполнять функцию. DdrC, по-видимому, является чем-то вроде исключения, поскольку он выполняет свою функцию сам по себе, без необходимости в других белках. Команде было интересно, может ли белок функционировать как «плагин» для других систем восстановления ДНК.
Они проверили это, добавив его к другой бактерии: E. coli. «К нашему огромному удивлению, это фактически сделало бактерию более чем в 40 раз более устойчивой к повреждению ультрафиолетовым излучением», — говорит он. «Похоже, это редкий пример, когда у вас есть один белок, и он действительно похож на автономную машину».
Он говорит, что теоретически этот ген можно ввести в любой организм — растения, животных, людей — и он должен повысить эффективность восстановления ДНК клеток этого организма.
«Возможность перестраивать, редактировать и манипулировать ДНК определенным образом — это святой Грааль в биотехнологии», — говорит Сабла. «Что, если бы у вас была сканирующая система, такая как DdrC, которая патрулировала бы ваши клетки и нейтрализовала повреждения, когда они происходили? Это могло бы стать основой потенциальной вакцины от рака».
Западная команда только начала изучать Deinococcus. «DdrC — это всего лишь один из сотен потенциально полезных белков в этой бактерии. Следующий шаг — продвинуться дальше, посмотреть, что еще эта клетка использует для исправления собственного генома, потому что мы наверняка найдем еще много инструментов, о которых мы понятия не имеем, как они работают или как они будут полезны, пока не посмотрим», — заключает он.
