Учёные собрали воедино механизмы репликации ДНК

Сборка пререпликативного комплекса (pre-RC), показанная на иллюстрации, является ключевым первым этапом репликации ДНК. Автор: Lippman lab/CSHL

ДНК, упакованная в каждой человеческой клетке, содержит инструкции для жизни, записанные миллиардами букв генетического кода. Каждый раз, когда клетка делится, полный код, распределённый по 46 хромосомам, должен быть точно скопирован. Эта ошеломляющая задача повторяется снова и снова с невероятной точностью.

Десятилетия исследований раскрыли, как десятки белков работают вместе для надёжного копирования хромосом. Теперь президент Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) Брюс Стиллман и его коллеги собрали эти данные в комплексное описание самого первого этапа — «лицензирования», когда множество точек начала репликации ДНК на всех хромосомах собираются в важнейший механизм, называемый пререпликативным комплексом (pre-RC). Это как лицензия на саму жизнь. Исследование опубликовано в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

Стиллман изучает репликацию ДНК уже более 40 лет. «Я сосредоточился на понимании одного из самых фундаментальных процессов жизни», — говорит он. У людей этот процесс происходит миллиарды раз в день. Ошибки могут повысить риск развития рака, аутизма и врождённых пороков сердца.

В 1980-х и 1990-х годах лаборатория Стиллмана в CSHL обнаружила ключевые белки, которые обеспечивают начало репликации ДНК в нужное время и в нужном месте. Одним из его первых сотрудников был постдок по имени Джон Диффли.

Много лет Диффли руководил собственной лабораторией в Институте Фрэнсиса Крика. Благодаря их работе учёные теперь знают более 100 белков, необходимых для репликации генома у организмов от грибов до человека. Стиллман недавно объединился с Диффли, чтобы собрать все эти знания в единую систему. Затем они привлекли клеточного биолога и аниматора из Университета Юты, доцента Джанет Ивасу, чтобы визуализировать эти процессы.

Почему жизнь требует такого сложного механизма, как pre-RC? Всё дело в эффективности. «Только в костном мозге каждую минуту рождается около 500 миллионов клеток, каждая из которых требует копирования более 2 метров ДНК», — объясняет Стиллман. Если бы хромосомы копировались от начала до конца, это заняло бы месяцы. Вместо этого клетки копируют множество сегментов ДНК одновременно.

Для координации вдоль каждой хромосомы размещаются различные точки старта. Маркеры удаляются по мере использования. Новые метки не могут быть установлены до тех пор, пока клетка не разделится, поэтому каждый сегмент дублируется только один раз за цикл.

Читать об этом — одно, а увидеть — совсем другое. Стиллман отмечает, что анимации Ивасы стали бесценным образовательным инструментом для биохимиков на любом этапе карьеры. Они уже вдохновили новые эксперименты в его лаборатории, изучающие, как pre-RC формируется у разных видов. На протяжении своей долгой карьеры Стиллман призывал коллег, исследующих такие фундаментальные процессы, «думать как молекула». Его последняя публикация предлагает новые способы сделать это.

Подробнее: Bruce Stillman et al, Mechanisms for licensing origins of DNA replication in eukaryotic cells, Nature Structural & Molecular Biology (2025). DOI: 10.1038/s41594-025-01587-5

Источник: Cold Spring Harbor Laboratory