Уточненные данные о структуре хеликазы — фермента, «расплетающего» двойную спираль ДНК — показали, что эта молекулярная машина может работать на манер нефтяной вышки, раскачивая «коромысло» взад и вперед. Результаты исследования публикует журнал Nature Structural & Molecular Biology, о них же сообщает пресс-релиз Брукхейвенской национальной лаборатории министерства энергетики США.

Двойная нить ДНК — структура напряженная, и для работы с ней спираль требуется «расплести», разделив соединенные водородными связями цепочки. Эту задачу выполняют ферменты—хеликазы, которые участвуют и в репликации (копировании) ДНК, и в ее репарации («ремонте»), и в транскрипции (считывании информации для синтеза матричной РНК), и во множестве других жизненно важных процессов. Пространственную структуру CMG-хеликазы дрожжей ученые из Брукхейвенской лаборатории, Рокфеллеровского университета и Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук установили с помощью крио-электронной микроскопии.

CMG-хеликаза включает двойное кольцо (Mcm2–7) и две гибко связанных с ним структуры (Cdc45 и GINS). Иллюстрация: Brookhaven National Laboratory

В последнее время этот метод приобретает все большую популярность, поскольку не требует долгого, трудоемкого и часто интуитивного процесса получения белковых кристаллов, и может рассматривать молекулы непосредственно в растворе. После того, как ряд усовершенствований позволил довести разрешающую способность крио-электронной микроскопии до уровня, доступного традиционному рентгеноструктурному анализу, такие работы встречаются все чаще. На этот раз ученым удалось получить структурные данные со впечатляющим разрешением до 3,7 ангстрем.

Сама по себе CMG-хеликаза — высококонсервативный и сложный комплекс, включающий 11 отдельных белковых доменов, близкий у архей и эукариот. Название хеликазы образовано из названий этих доменов, шесть из которых (Mcm2—7) образуют два кольца, которые охватывают одиночную нить ДНК. С ними гибко связаны домен Cdc45 и состоящий из четырех доменов комплекс GINS, которые участвуют в связывании других ферментов, необходимых, например, для репликации.

Как выяснили ученые, фермент может переходить между двумя альтернативными конформациями, так что одно из колец структуры Mcm2–7 раскачивается на неподвижной основе, подобно коромыслу «качалки» для добычи нефти. Связывание и гидролиз АТФ дает этому комплексу энергию для первого движения: кольцо доменов Mcm2–6—4 делает «шаг вперед» вдоль спирали ДНК, разделяя ее нити. Затем происходит отделение гидролизованной АДФ, и хеликаза возвращается в первоначальную конформацию, при которой остальные домены нагоняет впереди идущие.

Автор: Роман Фишман