Международная исследовательская группа прояснила регуляторный механизм убиквитин-протеасомной системы (* 1) в распознавании и восстановлении ДНК, поврежденной ультрафиолетовым (УФ) светом. Исследователи из Университета Кобе (Япония), Национального института медицинских наук (Япония), Католического университета Лувена (Бельгия), Киотского университета (Япония) и Национального института генетики (Япония) опубликовали свои результаты в журнале. Научные отчеты .
Основные положения
- Исследователи разработали систему микроскопа, с помощью которой они могли вызывать повреждение ДНК в любом внутриклеточном участке с помощью стимуляции УФ-светом и наблюдать за клеточными реакциями в режиме реального времени.
- Они заметили, что протеасома, представляющая собой мультибелковый комплекс, участвующий в деградации белков, быстро накапливается в местах повреждения ДНК, вызванного УФ-светом.
- Это исследование показало, что ферментативная активность и структурная целостность протеасомы жизненно важны для пути распознавания повреждений ДНК, который опосредуется белками DDB2. Мутация в гене DDB2 происходит при генетическом заболевании xeroderma pigmentosum (* 2).
Предпосылки исследования
Ультрафиолетовое излучение солнца очень вредно для живых организмов, поскольку может повредить их гены. Это называется повреждением ДНК, и обычно оно фиксируется системой репарации в наших клетках, предотвращая негативные последствия воздействия солнечного света в течение нашей повседневной жизни. Однако пациенты с пигментной ксеродермой (XP) рождаются с пороками в этой системе восстановления, что означает, что их тела неспособны в достаточной степени восстанавливать повреждения ДНК, вызванные ультрафиолетовым светом. Следовательно, они предрасположены к развитию рака кожи в местах, подверженных воздействию солнца.
Внутриклеточные белки генерируются и разрушаются по мере необходимости, и известно, что система убиквитин-протеасома играет важную роль в управлении этим процессом деградации. Ранее было показано, что система убиквитин-протеасома координирует клеточные ответы для восстановления повреждений ДНК, вызванных ультрафиолетом. Однако подробный механизм этого до сих пор не был выяснен.
Результаты исследований
Международная команда под руководством профессора СУГАСАВА Каору из Исследовательского центра биосигналов Университета Кобе разработала специальную систему микроскопа (* 3), которая позволила им успешно наблюдать динамическое поведение различных внутриклеточных белков в ответ на УФ-индуцированное повреждение ДНК.
Белок DDB2 является одним из генных продуктов, ответственных за XP, и важен для распознавания повреждений ДНК, вызванных ультрафиолетом. Использование специальной системы микроскопов позволило исследователям сделать новое открытие: они обнаружили, что белок DDB2 работает вместе с убиквитин-протеасомной системой, способствуя восстановлению ДНК. Во-первых, мультибелковые комплексы, протеасомы, быстро накапливаются в местах повреждения ДНК в зависимости от присутствия белков DDB2. Это предполагает, что функция деградации протеина протеасомы может быть активирована после распознавания и восстановления повреждений.
Кроме того, использование ингибитора для подавления этой протеасомной активности привело к тому, что протеасома накапливалась в определенной области ядра, улавливая белок DDB2 и делая его неспособным участвовать в репарации повреждений ДНК. С другой стороны, подавление экспрессии протеасомных субъединиц нарушило правильную сборку протеасом, и вышеупомянутая агрегация протеасом больше не наблюдалась. Однако отсутствие протеасом сильно подавляло накопление белков DDB2 в местах повреждения ДНК.
Эти результаты впервые показали, что активность протеасом в деградации белков и архитектурная целостность участвуют в регуляции репарации повреждений ДНК, опосредованной DDB2, посредством отдельных механизмов.
Дальнейшие разработки
Результаты этого исследования показывают, что действие механизма распознавания повреждений ДНК необходимо для эффективного восстановления повреждений ДНК. Кроме того, это понимание также будет способствовать прояснению механизмов возникновения таких заболеваний, как рак кожи, в дополнение к разработке методов лечения для подавления этого начала.
Глоссарий
1. Система убиквитин-протеасома. В этой системе небольшая молекула белка убиквитин используется в качестве «молекулярного маркера» для ненужного белка. Большой мультибелковый комплекс, протеасома, распознает и расщепляет белки, меченные убиквитином. Это одна из важных систем контроля качества белка в клетке.
2. Пигментная ксеродермия (XP): редкое аутосомно-рецессивное генетическое заболевание, которое, как известно, чаще встречается у японцев. Это вызвано неисправностями в системе эксцизионной репарации нуклеотидов, которая восстанавливает повреждения, нанесенные ДНК ультрафиолетовым светом (например, солнечным светом).
3. Специальная система микроскопа: система, которая позволяет наблюдать реакцию клетки на вызванное ультрафиолетом повреждение ДНК в реальном времени с конфокальным лазерным сканирующим микроскопом в качестве основного компонента. Система была оснащена фемтосекундным волоконным лазером с длиной волны 780 нм. В соответствии с принципом трехфотонного поглощения этот лазер позволил исследователям применять к клеткам стимуляцию, сравнимую со стимуляцией УФ-светом 260 нм.
Источник истории:
Материалы предоставлены Университетом Кобе . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
