Ученые раскрыли, как тимидин ускоряет репликацию ДНК

ДНК, которую часто называют «чертежом жизни», состоит из четырех химических строительных блоков — дезоксинуклеозидтрифосфатов (дНТФ): дАТФ, дТТФ, дГТФ и дЦТФ. Клеткам постоянно необходимы эти молекулы для копирования ДНК во время активного деления. Когда запас иссякает, репликация ДНК замедляется или останавливается, что прерывает процесс деления клеток.

Чтобы предотвратить это, исследователи часто добавляют в культуральную среду нуклеозиды (A, T, G и C) — предшественники дНТФ. Известно, что такая обработка помогает репликации ДНК протекать гладко, и долгое время считалось, что она работает просто за счет увеличения общего пула дНТФ внутри клетки. Однако точный механизм этого эффекта оставался неясным.

Исследовательская группа под руководством Андрея Чабеса (Университет Умео, Швеция) в сотрудничестве с лабораториями Томоми Цубоучи (Национальный институт фундаментальной биологии/Университет Сидзуоки, Япония) и Эрика Йоханссона (Университет Умео, Швеция) нашла неожиданный ответ.

В своей недавней статье в журнале Nucleic Acids Research ученые сообщают, что ключевой эффект добавления нуклеозидов заключается не в общем увеличении всех компонентов ДНК, а в специфическом балансирующем действии, связанном с тимидином (T).

Исследователи обнаружили, что добавление T помогает клеткам противодействовать ингибирующей молекуле дУТФ — дефектному строительному блоку ДНК, который может нарушать синтез ДНК. Поставка T увеличивает количество правильной молекулы дТТФ, что предотвращает вмешательство дУТФ в репликацию ДНК.

«Мы регулярно использовали нуклеозиды как инструмент для ускорения репликации, но не были уверены, что на самом деле происходит внутри клетки, — сказал доктор Киминори Курасима, один из авторов исследования. — Было приятно наконец увидеть количественные эффекты, и результаты ясно показали, что давнее предположение было неверным».

Чтобы дополнительно проверить эту идею, команда увеличила уровень дУТФ в клетках и наблюдала замедление репликации ДНК. Добавление T восстанавливало нормальную скорость репликации. Даже в очищенной системе in vitro они подтвердили, что дУТФ напрямую ингибирует фермент, ответственный за копирование ДНК.

«Много лет вопрос о том, как нуклеозиды ускоряют репликацию ДНК, оставался недосягаемым просто потому, что точно измерить дНТФ так сложно», — сказала Томоми Цубоучи.

«Благодаря точным измерениям дНТФ, выполненным Правином Пандеем в лаборатории Чабеса, и реконструкции синтеза ДНК in vitro в лаборатории Йоханссона, мы смогли увидеть, как добавление нуклеозидов может ускорять репликацию».

Это исследование уточняет давнюю точку зрения о том, что нуклеозиды просто способствуют репликации ДНК за счет увеличения общего пула строительных блоков. Оно показывает, что повышенный уровень дТТФ — за счет ограничения ингибирующего эффекта дУТФ на ДНК-полимеразу — также играет критическую роль в гладкой и точной репликации.

Дополнительная информация: Praveen Pandey et al, Decoding nucleoside supplementation: how thymidine outperforms ribonucleosides in accelerating mammalian replication forks, Nucleic Acids Research (2025). DOI: 10.1093/nar/gkaf1035