Нейросети помогли изучить репарацию повреждений ДНК в беспрецедентных деталях и указали на некоторые новые важные аспекты ее работы. Машинное обучение позволило испанским ученым детально проанализировать микросъемку «ремонта» ДНК в живой клетке. Исследователи открыли несколько новых белков, участвующих в этом процессе, и продемонстрировали важную роль, которую играют белки, активно уходящие с места повреждения.

Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале Cell Reports.

ДНК живых клеток постоянно повреждается под действием фоновой радиации, ультрафиолета, химических веществ и просто ошибок при удвоении. Одиночный или двойной разрыв цепочки ДНК, замены нуклеотидов — все это может иметь катастрофические последствия для работы организма. Поэтому в клетке существуют специальные механизмы «ремонта» ДНК: они называются системами репарации. В этом процессе участвует множество белков, которые сигнализируют о нарушении, связываются с соответствующим участком и восстанавливают повреждение.

Каждая клетка человеческого организма получает и «исправляет» порядка 10 тысяч разрывов ДНК в день. В нейронах репарация особенно активно происходит во время сна. Но исключительно важную роль она играет при хемотерапии. Такая процедура ведет к глубокому повреждению не только опухолевых, но и здоровых клеток. Лучше понимая, как происходит их восстановление, медики смогут найти методы помочь этому процессу и ускорить выздоровление таких пациентов.

Микросъемка клеток человека в процессе репарации. Синее флуоресцентное свечение показывает поврежденную ДНК; зеленое — белок H2AX, связанный с разрывами; красное — белок RNF166 / ©CNIO, MGH

Недавно ученые, работающие под руководством Алехо Эфеана (Alejo Efeyan) из испанского Национального центра изучения рака (CNIO), смогли рассмотреть работу системы репарации в беспрецедентных деталях и открыли девять новых белков, которые участвуют в ремонте ДНК. Для этого они использовали флуоресцентную микрофотографию, а для анализа и интерпретации огромного количества собранных данных — многих тысяч снятых изображений — применили машинное обучение.

Искусственно повреждая ДНК человеческих клеток ультрафиолетовым лазером, биологи проследили за поведением порядка 300 отдельных белков, вовлеченных в репарацию. Одни из них перемещались к месту повреждения, связываясь с ним для восстановления. Другие, наоборот, до того были связаны с хроматином, но при повреждении активно двигались прочь, освобождая место для «ремонта» и привлекая к действию новые белки. Для эффективной репарации ДНК это обратное движение оказалось не менее важно, чем прибытие «ремонтирующих» белков на место.

Так, открытый авторами новой работы белок PHF20 уходит от поврежденных участков за считаные секунды, обеспечивая появление критически важного для репарации белка 53BP1. Клетки с искусственно нарушенной активностью PHF20 значительно хуже справлялись с восстановлением ДНК и продемонстрировали сниженную — по сравнению с нормой — устойчивость к радиации.