Forskere identificerer, hvordan den bakterielle replikative helicase åbner for at starte DNA-replikationsprocessen

Nyhedsmæssigt – STONY BROOK, NY, 14. december 2022 — Hver gang en celle deler sig, skal genomet duplikeres præcist for at sikre, at hver ny celle har et komplet sæt genetiske instruktioner. Denne afgørende proces, kendt som DNA-replikation, kræver et sofistikeret molekylært maskineri, der kan afvikle det dobbeltstrengede DNA, adskille de to strenge og kopiere hver enkelt for at producere to identiske kopier af det originale DNA-molekyle.

Et af nøgleproteinerne involveret i DNA-replikation er den replikative helicase, et enzym, der fungerer som en molekylær motor til at afvikle DNA-dobbelthelixen. Forståelse af strukturen og mekanismen af ​​helicaser er afgørende for at optrevle kompleksiteten af ​​DNA-replikation og for at identificere potentielle mål for terapeutisk intervention i forskellige sygdomme, såsom cancer og virusinfektioner.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Structural &Molecular Biology har et team af forskere fra Stony Brook University og University of Massachusetts Medical School, ledet af professorerne Stephen Leffak og James Berger, gjort betydelige fremskridt med at forstå, hvordan den replikative helikase fungerer. . Ved hjælp af avanceret kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) bestemte de højopløsningsstrukturen af ​​den replikative helicase fra _Bacillus subtilis_ i kompleks med et DNA-substrat.

Strukturen afslører, at helicasen har en unik "krabbeklo"-form med to domæner, der samles for at gribe DNA'et og adskille de to strenge. Krabbeklo-konformationen tillader helicasen at omkranse DNA-substratet, hvilket giver en stabil platform til afvikling af dobbelthelixen.

"Denne struktur giver et klart billede af, hvordan helicasen binder og afvikler DNA'et," sagde Stephen Leffak, professor ved Institut for Biokemi og Cellebiologi ved Stony Brook University. "Dette er et vigtigt skridt mod at forstå, hvordan den replikative helicase virker, og hvordan den kan målrettes til terapeutisk intervention."

Derudover identificerede forskerne en vigtig reguleringsmekanisme, der styrer helicaseaktiviteten. De viste, at helicasen kan antage to distinkte konformationer, en "åben" konformation, der tillader den at binde til DNA'et og en "autoinhiberet" konformation, der holder helicasen inaktiv. Skiftet mellem disse to konformationer styres af et lille regulatorisk protein kaldet det enkeltstrengede DNA-bindende protein (SSB).

"Den autohæmmede konformation fungerer som en sikkerhedsmekanisme, der forhindrer helicasen i at afvikle DNA'et for tidligt," forklarede James Berger, professor i biokemi og molekylær farmakologi ved University of Massachusetts Medical School. "SSB-proteinet fungerer som en nøgle, der låser helicasen op, så det kan binde sig til DNA'et og starte replikationsprocessen."

Disse resultater giver ny indsigt i de molekylære mekanismer for DNA-replikation og afslører potentielle mål for udviklingen af ​​nye lægemidler, der kunne hæmme helicaseaktivitet og interferere med DNA-replikation i patogene mikroorganismer eller cancerceller.

Forskerholdet arbejder nu på yderligere at undersøge strukturen og funktionen af ​​den replikative helicase og på at forstå, hvordan den interagerer med andre proteiner involveret i DNA-replikation. Denne forskning kan føre til udvikling af nye terapeutiske strategier til behandling af sygdomme forbundet med DNA-replikationsdefekter eller dysregulering.

Om Stony Brook University

Stony Brook University er et SUNY-drevet offentligt forskningsuniversitet med mere end 26.000 studerende og 2.700 fakultetsmedlemmer. Universitetet tilbyder mere end 200 bachelor- og 100 kandidatuddannelser inden for en bred vifte af discipliner, herunder sundhedsvidenskab, teknik, business, samfundsvidenskab og humaniora. Stony Brooks topmoderne faciliteter omfatter Stony Brook Southampton Marine Science Center, Institute for Advanced Computational Science og Laufer Center for Physical and Biological Sciences. Universitetet er medlem af den prestigefyldte Association of American Universities og er anerkendt for sin ekspertise inden for forskning og uddannelse.