Ученые Токийского столичного университета раскрыли механизм регенерации ДНК, которая происходит путем гомологичной рекомбинации с участием белка RecA. Результаты исследования, опубликованного в журнале Nucleic Acids Research, помогут определить факторы, нарушающие этот процесс и приводящие к таким заболеваниям, как рак молочной железы.
Гомологичная рекомбинация представляет собой наиболее широко используемый клетками способ восстановления поврежденной ДНК, имеющей разрыв в одной или сразу в двух цепях. При этом для восстановления используется неповрежденная копия ДНК, находящейся в гомологичной хромосоме. Сначала происходит удаление (резекция) одного из разорванных концов, а затем белок RecA встраивает свисающую часть цепи в другую хромосому, после чего утерянная часть цепи достраивается. При этом хромосомы также могут обмениваться генетическим материалом.
Исследователи протестировали две различные модели, как происходит гомологичная рекомбинация с участием RecA. В одной из них RecA раскручивает участок неповрежденной двойной цепи во время поиска подходящего участка для встраивания конца поврежденной цепи. Во второй раскручивание происходит только тогда, когда встраивание уже произошло.
В ходе экспериментов ученые использовали мутантную форму RecA, которая не может раскручивать спираль, а затем наблюдали, как сильно она влияет на разные стадии гомологичной рекомбинации. Оказалось, что мутантная форма успешно распознает гомологичный участок, но неспособна сформировать D-петлю — промежуточной структуры ДНК, состоящей из трех цепочек и требующей раскручивание спирали. Такой результат подтверждает вторую модель рекомбинации.
Нарушение этого механизма лежит в основе высокой заболеваемости раком молочной железы у пациентов с наследственными дефектами генов BRCA1 и BRCA2. Они кодируют белки, играющие важную роль в устранении повреждений ДНК, и отвечают за правильное взаимодействие между одноцепочечной ДНК и RAD51 — человеческой версией белка RecA.