Репарация ДНК помогает обеспечить стабильность генома, что позволяет клеткам функционировать правильно и способствует здоровью организма. Разрывы двух цепей ДНК оказывают пагубное влияние на клетки, и исследователи десятилетиями предполагали, что обломки бесцельно плавают внутри ядер, пока не вызовут другие клеточные изменения или не произойдет механизм фиксации.
Эта идея впервые была опровергнута в 2015 году, когда Карим Мехайл (Karim Mekhail) и его лаборатория выявили, что поврежденную ДНК можно намеренно транспортировать с помощью двигательных белков − «машин скорой помощи» в ДНК – «больницы», области, обогащенные определенными репаративными факторами в ядрах. Исследователи сотрудничали с инженерами аэрокосмической компании Университета Торонто, чтобы показать, что после одного разрыва ДНК перемещается для репарации через длинные «автомагистрали» нитевидных микротрубочек, которые движутся.
В исследовании Мехайл и главный автор Роксана Ошидари (Roxanne Oshidari) рассмотрели дрожжевые клетки с несколькими разрывами двойных нитей ДНК и определили, что взаимодействие между короткими типами нитей микротрубочек и каплями, состоящими из белков репарации ДНК, позволяет создавать и обеспечивать функционирование центра репарации ДНК.
«Капельки жидкости взаимодействуют с внутриядерными микротрубочками, способствуя кластеризации поврежденных участков ДНК», − говорит Мехайл, адъюнкт-профессор лабораторной медицины и патобиологии в Университете Торонто. «Белки репарации в различных участках собираются в капельки, которые сливаются в более крупную каплю репарационного центра, благодаря действию более коротких ядерных микротрубочек».
Мехайл говорит: «Эта крупная маслянистая капля ведет себя, как паук, выпуская паутину нитей в виде звезд, которые связываются с более длинными «автомагистралями», по ним поврежденная ДНК может быть транспортирована в ДНК-больницы».
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Чтобы оценить роль капель в процессе репарации, Мехайл обратился к Насеру Ашгризу (Nasser Ashgriz), профессору кафедры механики и промышленного машиностроения Торонтского университета. «Нам был необходим опыт в гидродинамике, и для этого нужно было просто пройти через дорогу», − рассказывает Мехайл об Ашгризе, который руководит в Университете Торонто лабораторией многофазных систем потока и орошения.
Мехайл поделился видеозаписью капель с Ашгризом, который проецировал ее на большой экран в своем кабинете и подтвердил, что гидродинамика, по-видимому, связана с игрой. Но общение посредством биологии и физики было сложным. «Понять, что они делают, сначала было очень трудно, потому что наши терминологии совершенно разные», − говорит Ашгриз.
Однако когда они с Мехайлом описали простым языком, как ведут себя капли, все начало обретать смысл. «Мы сосредоточились на физических аспектах капель», − говорит Ашгриз. «Физика, которая вызывает их движение, стала нашим общим языком».
После нескольких месяцев обсуждений и экспериментов, компьютерное моделирование неоднократно предсказывало, что более короткие нити будут двигаться подобно поршням, снижая давление в нуклеоплазме и создавая эффект всасывания, который приводит к слиянию капель. Мехайл и его команда подтвердили эту находку в своей лаборатории.
«Часто, когда мы погружаемся в свою специфику, мы отделяемся друг от друга», − говорит Ашгриз. «Объединение людей с различными взглядами действительно может способствовать пониманию, и эта работа была хорошим примером. Я уважаю Карима за его видение и инициативу».
Мехайл с коллегами раскрыли другие важные свойства капель репарации совместно с профессорами кафедры биохимии Университета Торонто Хен Кейт Ли (Hyun Kate Lee) и Хейли Уайатт (Haley Wyatt), этот процесс Мехайл сравнивает с игрой в игрушки. Они провели множество опытов с каплями, сталкивая их друг с другом и наблюдая за их поведением, которое оказалось схожим в чашке Петри и в клетках.
Исследователи обнаружили самое удивительное открытие после нескольких циклов слияния капель. «Это было очень странно и совершенно неожиданно, я до сих пор помню тот день», − делится Мехайл. Ошидари заметила, что более крупные капли инициируют внутреннюю концентрацию нитей строительных блоков, побуждая создавать своего рода самоблокирующуюся клинкерную дорогу, которая вместе с паутиной позволяет ДНК цепляться за более длинные нити «автомагистрали».
«Сложный процесс легко упустить из виду, когда смотришь на поврежденные участки ДНК», − говорит Мехайл. «По большей части это происходит потому, что визуализация стала высокоавтоматизированной. Большинство программ настроено так, чтобы видеть то, что уже ранее было замечено. «Мы не можем полагаться на старые методы наблюдения», − говорит он. «Нам нужно обновить наше программное обеспечение, а также вернуться к наблюдению человеческим глазом, руководствуясь моделированием, когда это необходимо».
Источник перевода: www.sciencedaily.com
