Исследования проливают свет на вызванное солнцем повреждение и восстановление ДНК

Москва, 10:19, 22 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Общеизвестно, что ультрафиолетовые лучи солнца могут повредить кожу. Теперь новое исследование проливает свет на то, что происходит после повреждения ДНК, и как организм инициирует восстановление.

Команда исследователей из Университета Бэйлор хотела определить серию событий, которые запускают восстановление ДНК у людей после воздействия вредных солнечных лучей. Прорывное исследование, которое было опубликовано в журнале Oxford Academic Nucleic Acids Research, показывает, как вызванное солнечным светом повреждение ДНК распознается механизмом молекулярного восстановления в клетках для восстановления.

Ультрафиолетовый (УФ) свет от солнца является распространенным канцерогеном, который может повредить ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту) в организме. ДНК важна, потому что она несет генетическую информацию и «чертежи» для клеточных функций. Когда организму не удается восстановить ДНК, повреждение, вызванное ультрафиолетовым излучением, может привести к мутациям и в конечном итоге к раку.

Ультрафиолетовый свет создает угрозу целостности генома, вызывая повреждение ДНК, также называемое повреждением внутрицепочечной сшивки. Существует два основных поражения, в том числе димер циклобутан-пиримидина (CPD), который составляет около 70 процентов повреждения, и 6-4 фотопродукта (6-4PP), что составляет 30 процентов.

Система репарации клеточной ДНК (NER)

Что такое система репарации клеточной ДНК (NER)? Гены эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) отвечают за восстановление повреждений ДНК, вызванных экзогенными агентами, такими как ультрафиолетовое излучение, химические вещества и ионизирующее излучение. Белки NER распознают повреждение ДНК, устраняют ошибку и восстанавливают цепь ДНК, чтобы «открыть» и распознать 6–4 фотопродукта (6–4PP), основное повреждение ДНК, вызванное солнечным светом.

Здесь представлена ​​новая структура, которая показывает, как 6-4PP полностью высвобождается из двойной спирали ДНК белком Rad4 / XPC, который запускает репарацию нуклеотидов.

NER работает быстрее при повреждениях 6-4PP, чем при поражениях CPD, поскольку белок, чувствительный к повреждению ДНК, известный как Rad4 / XPC, который стимулирует NER, более эффективен при распознавании повреждений 6-4PP. Когда Rad4 / XPC связывается с повреждением, путь NER может удалить его более эффективно.

Хотя NER действует на все организмы, остается неясным, как белок, чувствительный к повреждению ДНК, различает поражения и различие в эффективности их распознавания.

Чтобы подтвердить результаты исследования, команда исследователей определила трехмерную структуру белка Rad4, который связан с субстратом ДНК, содержащим поражение 6-4PP. Они использовали рентгеновскую кристаллографию, и оттуда они увидели, что белок переворачивает части ДНК, которая содержит 6-4PP. Следовательно, он открывает двойную спираль ДНК с последующим раскручиванием и сгибанием нитей ДНК.

Они также обнаружили, что белки связываются не на поврежденных участках ДНК, а на здоровых участках, противоположных поражению. Затем ученые вычислительно стимулировали процесс, в котором Rad4 может связываться с ДНК, содержащей либо CPD, либо 6-4PP. Моделирование показало, что белок легко воздействует на 6-4PP, раскручивая, сгибая и частично открывая ДНК в месте поражения. С другой стороны, содержащая CPD ДНК сопротивлялась раскручиванию и изгибу, которые легко происходили в 6-4PP.

Исследователи составили трехмерную молекулярную траекторию, которая показывает важные шаги, которые происходят во время открытия ДНК.

«Отличительной чертой NER является то, что он восстанавливает очень широкий спектр повреждений ДНК. Это очень важно с точки зрения того, как наши геномы защищены от повреждения, вызванного окружающей средой ДНК », — заявила доктор Юнг-Хюн Мин, доцент кафедры химии и биохимии в Колледже искусств и наук Бэйлора.

«В течение многих десятилетий было известно, что этот белок Rad4 / XPC может очень эффективно распознавать 6-4PP, не было структуры, чтобы показать, как он действительно связывается с повреждением и почему распознавание настолько эффективно по сравнению с поражениями, такими как CPD По сути, наше исследование прекрасно заполняет этот пробел и подробно описывает, каким должен быть этот механизм », — добавила она.

Исследователи полагают, что механика NER может дать больше, чем просто понимание повреждения ДНК, вызванного ультрафиолетом, но также способность NER восстанавливать такое повреждение. NER очень важен для восстановления поврежденных нитей ДНК, чаще всего вызванных сигаретным дымом, некоторыми препаратами для эмотерапии и даже промышленными загрязнителями.

«Мы надеемся, что полученные нами знания могут быть полезны для решения основных проблем в области здоровья человека», — сказала Мин. «Вот как мы представляем, что можем помочь — понимая, как все работает, с полной трехмерной структурной детализацией», — добавила доктор Мин.

Что такое рак кожи?

Одним из наиболее распространенных видов рака, вызванного воздействием ультрафиолета, является рак кожи.

Рак кожи, который включает аномальный рост клеток кожи, часто развивается из-за воздействия солнечного света на кожу. Тем не менее, рак кожи также может развиваться в областях, которые обычно не подвергаются воздействию солнца.

Три наиболее распространенных типа рака кожи включают меланому, базально-клеточную карциному и плоскоклеточную карциному. Меланома — редкий, но самый агрессивный тип рака кожи. Он с большей вероятностью способен проникнуть в окружающие ткани и может распространиться на другие части тела. Меланома также является самым смертоносным из всех видов рака кожи.

Повреждения кожи, такие как меланома, могут появляться и развиваться в любом месте тела. Однако наиболее распространенными являются участки, подверженные воздействию солнца, такие как ноги, руки, лицо и спина. Но рак кожи также может появиться на подошвах ног, в ногтевых ложах и на ладонях рук. Наиболее распространенные признаки и симптомы включают развитие нового пигментированного или необычно выглядящего повреждения на коже и изменение существующей родинки. Чтобы снизить риск возникновения рака кожи, рекомендуется ограничить воздействие ультрафиолетового излучения или избежать его.