Неожиданная белковая структура объединяет бактерии, вирусы и эукариоты в управлении ДНК

Исследование клеточных компонентов бактерий неожиданно выявило структурный элемент, имеющий значение для многих форм жизни, что открывает путь для разнообразных исследований, биотехнологических и медицинских применений.

Особенности последовательности и структуры домена ParB-CTPase. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2527592122

Учёные из группы профессора Тун Ле в Центре Джона Иннеса в сотрудничестве с доктором Антуаном Хочером из Кембриджского университета изучали ключевой белок ParB, который помогает бактериям разделять реплицированные или «сестринские» хромосомы. Этот этап жизненно важен для деления клетки и, следовательно, для выживания организма.

Белок ParB действует как молекулярный зажим, который захватывает и скользит вдоль ДНК. Таким образом, множество белков ParB накапливается на ДНК, образуя «рукоятку», помогающую развести реплицированные хромосомы по разным новым «дочерним» клеткам.

Шесть лет назад эта область была революционизирована открытием, что ParB связывает и расщепляет небольшую молекулу нуклеотида CTP, чтобы переключаться между открытой и закрытой формами зажима. Это определило ParB как первый известный CTP-зависимый молекулярный переключатель.

Новое исследование, проведённое под руководством Центра Джона Иннеса, расширило это открытие. Масштабный анализ показал, что структурный элемент, обеспечивающий связывание CTP, известный как домен ParB-CTPase, распространён гораздо шире, чем считалось ранее.

Комбинируя биоинформатику и биохимию, исследователи продемонстрировали, что этот домен является широко распространённой чертой многих форм жизни помимо бактерий, включая архей, эукариот и вирусы.

Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, также показало, что домен универсален — он связывается не только с CTP, но и с другими повсеместно распространёнными нуклеотидами, включая ATP и GTP. Учёные впервые обнаружили примеры ParB-подобных белков, связывающих GTP.

Эта универсальность указывает на ранее нераспознанные биологические функции и может открыть множество возможностей для открытий в этой области.

«Было невероятно интересно увидеть, как единый белковый домен, долгое время изучавшийся у бактерий, связывает огромный спектр белков, обнаруженных во всех доменах жизни. Это показывает, что эволюция неоднократно использовала одну и ту же молекулярную архитектуру для совершенно различных функций. Это открытие закладывает основу для новой области, изучающей эволюцию, механизм и функции ParB-подобных белков во всех доменах жизни», — сказала доктор Йована Кальевич из Центра Джона Иннеса, соавтор и корреспондент исследования.

Другой соавтор, доктор Кирилл Суховерков, добавил, что следующим шагом для исследователей станет расширение сравнительного, биохимического и структурного анализа, чтобы определить особенности последовательности и структуры, которые предсказывают, будет ли конкретный домен ParB-CTPase предпочитать CTP, ATP, GTP или другие малые молекулы.

В более широком смысле это исследование также может привести к новым пониманиям в области генетической регуляции, биотехнологическим применениям и новым стратегиям борьбы с антимикробной резистентностью, одной из основных угроз здоровью человека в XXI веке.

Больше информации: Jovana Kaljević et al, Versatile NTP recognition and domain fusions expand the functional repertoire of the ParB-CTPase fold beyond chromosome segregation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2527592122

Источник: John Innes Centre