Undersøgelse afslører, hvordan proteinmaskineri binder og pakker DNA for at starte replikation

Forfattere: Benjamin Schwartz, et al.

Kilde: bioRxiv (2022)

Oversigt:

DNA-replikation er en fundamental biologisk proces, der sikrer nøjagtig duplikering af genetisk materiale under celledeling. For at sætte gang i replikationen binder et specialiseret proteinkompleks kendt som helicase-helicase-loaderen til og omkranser DNA-dobbelthelixen, afvikler de stramt oprullede strenge og skaber en replikationsgaffel. De præcise mekanismer, hvorved dette kompleks binder til og indhyller DNA, er dog forblevet uhåndgribelige.

I et bemærkelsesværdigt gennembrud har forskere fanget helicase-helikase-loader-komplekset midt i handling ved hjælp af kryo-elektronmikroskopi, en kraftfuld billedbehandlingsteknik, der giver mulighed for visualisering af biomolekylære strukturer ved nær-atomisk opløsning. Deres resultater, rapporteret i preprint-serveren bioRxiv, kaster hidtil uset lys over de indviklede interaktioner mellem proteinmaskineriet og DNA, hvilket giver afgørende indsigt i de indledende trin af DNA-replikation.

Billederne i høj opløsning afslørede, at helicase-helikase-loader-komplekset danner en ringformet struktur, der omkranser DNA, hvor helicase-loader-proteinerne griber DNA-dobbelthelixen og helicaseproteinerne placeret bag dem, klar til at sno DNA-strengene. Dette arrangement antyder, at helicase-loader-proteinerne spiller en kritisk rolle i DNA-binding, stabiliserer komplekset omkring DNA'et og forbereder det til replikationsinitiering.

Yderligere analyse afslørede de specifikke interaktioner mellem helicase-loader-proteinerne og DNA-rygraden, hvilket afslørede de molekylære mekanismer, hvorved komplekset binder sig til DNA'et. Disse interaktioner involverer flere aminosyrerester i helicase-loader-proteinerne, der danner hydrogenbindinger og van der Waals-kontakter med DNA-fosfaterne, hvilket sikrer et sikkert greb om det genetiske materiale.

Derudover identificerede forskerne en fleksibel linker-region i helicase-loader-proteinerne, der gør det muligt for dem at tilpasse deres konformation til den varierende DNA-sekvens. Denne fleksibilitet er essentiel for, at komplekset kan rumme de forskellige DNA-sekvenser, der opstår under replikation, hvilket sikrer effektiv afvikling af dobbelthelixen.

Disse resultater giver en detaljeret molekylær forståelse af, hvordan helicase-helicase-loader-komplekset genkender, binder og indpakker DNA for at starte replikation. Denne viden uddyber vores forståelse af de grundlæggende mekanismer bag DNA-replikation, hvilket baner vejen for yderligere forskning i replikationstroskab, genetiske sygdomme og udvikling af nye terapeutiske strategier.