Författare: Benjamin Schwartz, et al.
Källa: bioRxiv (2022)
Sammanfattning:
DNA-replikation är en grundläggande biologisk process som säkerställer exakt duplicering av genetiskt material under celldelning. För att kickstarta replikeringen binder ett specialiserat proteinkomplex känt som helikas-helikas-lastaren till och omger DNA-dubbelhelixen, lindar upp de hårt lindade strängarna och skapar en replikationsgaffel. De exakta mekanismerna genom vilka detta komplex binder till och lindar DNA har dock förblivit svårfångade.
I ett anmärkningsvärt genombrott har forskare fångat helikas-helikas-lastarkomplexet i mitten med hjälp av kryo-elektronmikroskopi, en kraftfull avbildningsteknik som möjliggör visualisering av biomolekylära strukturer med nära atomär upplösning. Deras resultat, rapporterade i preprint-servern bioRxiv, kastar ett oöverträffat ljus över de invecklade interaktionerna mellan proteinmaskineriet och DNA, vilket ger avgörande insikter i de första stegen av DNA-replikering.
De högupplösta bilderna avslöjade att helikas-helikas loader-komplexet bildar en ringformad struktur som omger DNA, med helicase loader-proteinerna som griper DNA-dubbelhelixen och helikasproteinerna placerade bakom dem, redo att vrida upp DNA-strängarna. Detta arrangemang antyder att helikasladdningsproteinerna spelar en kritisk roll i DNA-bindning, stabiliserar komplexet runt DNA:t och förbereder det för replikationsinitiering.
Ytterligare analys avslöjade de specifika interaktionerna mellan helikasladdningsproteinerna och DNA-ryggraden, vilket avslöjade de molekylära mekanismerna genom vilka komplexet binder sig till DNA:t. Dessa interaktioner involverar flera aminosyrarester i helikasladdningsproteinerna som bildar vätebindningar och van der Waals-kontakter med DNA-fosfaterna, vilket säkerställer ett säkert grepp om det genetiska materialet.
Dessutom identifierade forskarna en flexibel länkregion inom helikasladdningsproteinerna som gör att de kan anpassa sin konformation till den varierande DNA-sekvensen. Denna flexibilitet är väsentlig för att komplexet ska rymma de olika DNA-sekvenser som påträffas under replikering, vilket säkerställer effektiv avveckling av dubbelhelixen.
Dessa fynd ger en detaljerad molekylär förståelse av hur helikas-helikas-lastarkomplexet känner igen, binder och lindar DNA för att initiera replikation. Denna kunskap fördjupar vår förståelse av de grundläggande mekanismerna bakom DNA-replikation, vilket banar väg för ytterligare forskning om replikationstrohet, genetiska sjukdomar och utvecklingen av nya terapeutiska strategier.
