Tredimensionell struktur av jäst Mec1-Ddc2-komplexet, en homolog av humant ATR-ATRIP. Genomen av eukaryota celler är under kontinuerlig attack av externa och interna faktorer. Alla celler har utarbetade mekanismer för att upprätthålla sina genom och ATR-kinaset är en masterregulator för genomisk stabilitet. De två Mec1-Ddc2 monomererna kommer direkt i kontakt med varandra genom den övre katalytiska kärnan, som omedelbart kan kulminera i full kinasaktivitet vid DNA-skada. Kredit:©University of Science &Technology of China, Illustration:Guoyan Wang och Yanbing Ma;struktur baserad på kryo-EM-kartan för ett jäst Mec1-Ddc2-komplex (EMDB ID EMD-6708)
Celler replikerar kontinuerligt för att reparera och ersätta skadad vävnad, och varje division kräver duplicering av DNA. När DNA dupliceras, fel uppstår oundvikligen, resulterar i skada som, om den lämnas oreparerad, kan leda till celldöd.
Vid första antydan om DNA-skada, ett protein som kallas ATR-kinas aktiverar cellens inbyggda reparationssystem. Forskare har nu avbildat detta protein med oöverträffad upplösning, och börjar förstå dess svar på DNA-skada. Forskarna har publicerat strukturbeskrivningen i Vetenskap den 1 dec.
"ATR-proteinet är det apikala kinaset för att klara av DNA-skadorna och replikationsstressen, sa Gang Cai, en professor i livsvetenskap vid University of Science &Technology i Kina i Hefei, Kina, och huvudförfattaren på tidningen. "Det har länge varit en central fråga att bestämma aktiveringsmekanismen för ATR-kinas - hur det svarar på DNA-skador och hur det aktiveras."
Cai och hans team använde elektronmikroskopi för att avbilda Mec1-Ddc2-komplexet vid 3,9 ångströms, som är ungefär åtta gånger så stor som en heliumatom. Komplexet finns i jäst och är motsvarigheten till det humana ATR-proteinet och dess cellsignalerande proteinpartner, EN RESA.
ATR-kinaset är ett av sex proteiner som är ansvariga för att upprätthålla cellens hälsa. När denna familj av proteiner identifierar ett problem, som DNA-skador, de sätter igång de nedströmssignaler som behövs för att reparera skadan.
"Kryo-elektronmikroskopi av Mec1-Ddc2 med toppmodern instrumentering har resulterat i en elektrondensitetskarta med nära atomär upplösning, sa Cai, noterar att den förbättrade kartan har bekräftat och utökat tidigare fynd.
Trots ständiga angrepp från endogena och miljömässiga agenter på DNA, genomen upprätthålls av de utarbetade mekanismerna. Som en mästare regulator av genomisk stabilitet, ATR-kinaset (gul hjälm) verkar tillsammans med sin partner ATRIP-protein (orange hjälm), bildar en dimer av heterodimerer och mobiliserar en mängd proteiner (verktyg på marken) för att utlösa en av de mest omfattande signalkaskaderna. Kredit:© University of Science and Technology of China, Illustration:Guoyan Wang och Lei Chen, University of Science &Technology i Kina
ATR har länge varit ett potentiellt terapeutiskt mål, enligt Cai. Den högupplösta strukturella informationen avslöjade regulatoriska ställen för ATR-kinaset, som är redo att aktiveras vid första antydan om DNA-skada. Att belysa denna mekanism kan hjälpa till vid utvecklingen av nya terapier.
"Jästmedlemmens struktur liknar den mänskliga motsvarighetens struktur, sa Cai, uppmärksamma på den betydande likheten i den detaljerade arkitekturen. "Vi tror att informationen som erhållits från jästen Mec1-Ddc2 kastar ljus över arkitekturen och mekanismen för [det] mänskliga ATR-ATRIP-komplexet."
Cai och hans team avbildar nu jästen Mec1-Ddc2 och dess mänskliga motsvarighet vid olika aktiveringspunkter. De planerar att utveckla mer specifika och effektiva ATR-hämmare för att undersöka möjligheten att förbättra cancerbehandlingar.
