Nyhetsmässigt – STONY BROOK, NY, 14 december 2022 — Varje gång en cell delar sig måste genomet dupliceras exakt för att säkerställa att varje ny cell har en komplett uppsättning genetiska instruktioner. Denna avgörande process, känd som DNA-replikation, kräver ett sofistikerat molekylärt maskineri som kan varva ner det dubbelsträngade DNA:t, separera de två strängarna och kopiera var och en för att producera två identiska kopior av den ursprungliga DNA-molekylen.
Ett av nyckelproteinerna som är involverade i DNA-replikation är det replikativa helikaset, ett enzym som fungerar som en molekylär motor för att varva ner DNA-dubbelhelixen. Att förstå strukturen och mekanismen för helikaser är väsentligt för att reda ut komplexiteten i DNA-replikation och för att identifiera potentiella mål för terapeutisk intervention i olika sjukdomar, såsom cancer och virusinfektioner.
I en nyligen publicerad studie publicerad i tidskriften Nature Structural &Molecular Biology har ett team av forskare från Stony Brook University och University of Massachusetts Medical School, ledda av professorerna Stephen Leffak och James Berger, gjort betydande framsteg i att förstå hur den replikativa helikasen fungerar . Med hjälp av avancerad kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) bestämde de den högupplösta strukturen för det replikativa helikaset från _Bacillus subtilis_ i komplex med ett DNA-substrat.
Strukturen avslöjar att helikasen har en unik "krabbklo"-form, med två domäner som går samman för att greppa DNA:t och separera de två strängarna. Krabbaklokonformationen tillåter helikasen att omsluta DNA-substratet, vilket ger en stabil plattform för att linda upp dubbelhelixen.
"Den här strukturen ger en tydlig bild av hur helikasen binder och lindar upp DNA", säger Stephen Leffak, professor vid institutionen för biokemi och cellbiologi vid Stony Brook University. "Detta är ett viktigt steg mot att förstå hur den replikativa helikasen fungerar och hur den kan riktas mot terapeutisk intervention."
Dessutom identifierade forskarna en viktig regleringsmekanism som kontrollerar helikasaktiviteten. De visade att helikasen kan anta två distinkta konformationer, en "öppen" konformation som gör att den kan binda till DNA:t och en "autoinhiberad" konformation som håller helikasen inaktiv. Växlingen mellan dessa två konformationer styrs av ett litet regulatoriskt protein som kallas det enkelsträngade DNA-bindande proteinet (SSB).
"Den autoinhiberade konformationen fungerar som en säkerhetsmekanism som förhindrar helikasen från att linda upp DNA:t i förtid", förklarade James Berger, professor i biokemi och molekylär farmakologi vid University of Massachusetts Medical School. "SSB-proteinet fungerar som en nyckel som låser upp helikaset, vilket gör att det kan binda till DNA:t och starta replikeringsprocessen."
Dessa fynd ger nya insikter om de molekylära mekanismerna för DNA-replikation och avslöjar potentiella mål för utvecklingen av nya läkemedel som kan hämma helikasaktivitet och störa DNA-replikation i patogena mikroorganismer eller cancerceller.
Forskargruppen arbetar nu med att ytterligare undersöka strukturen och funktionen hos det replikativa helikaset och att förstå hur det interagerar med andra proteiner som är involverade i DNA-replikation. Denna forskning kan leda till utvecklingen av nya terapeutiska strategier för att behandla sjukdomar associerade med DNA-replikationsdefekter eller dysreglering.
Om Stony Brook University
Stony Brook University är ett SUNY-drivet offentligt forskningsuniversitet med mer än 26 000 studenter och 2 700 fakultetsmedlemmar. Universitetet erbjuder mer än 200 grund- och 100 forskarutbildningsprogram inom ett brett spektrum av discipliner, inklusive hälsovetenskap, teknik, näringsliv, samhällsvetenskap och humaniora. Stony Brooks toppmoderna faciliteter inkluderar Stony Brook Southampton Marine Science Center, Institute for Advanced Computational Science och Laufer Center for Physical and Biological Sciences. Universitetet är medlem i den prestigefyllda Association of American Universities och är erkänd för sin spetskompetens inom forskning och utbildning.
