Forskere undersøker en viktig DNA-reparasjon enzym har nå et bedre bilde av de siste trinnene i en prosess som lim sammen, eller ligates, til endene av DNA-tråder gjenopprette dobbel helix.
Enzymet, DNA ligase, reparerer millioner av DNA pauser generert under normal løpet av en celle liv, for eksempel å knytte sammen de rike DNA-fragmentene som dannes under replikering av det genetiske materialet i delende celler.
"Vår studie viser at DNA ligase bytter fra et åpent, utvidet form til en lukket, sirkulær form som det blir med DNA-trådene sammen", sier studiens ledende forfatter Tom Ellenberger, DVM, Ph.D., Raymond H. Wittcoff Professor og leder av Institutt for biokjemi og molekylær biofysikk ved Washington University School of Medicine i St. Louis . "The ligase ligner et armbåndsur som låsene rundt DNA-endene som blir sluttet."
DNA er overraskende reaktive og under kontinuerlig angrep fra miljøgifter og reaktiv cellulære metabolitter. En måte å reparere DNA-skader er avgjørende for å opprettholde integriteten til den genetiske blåkopi.
Når disse reparasjonsprosesser gå galt, kan cellene funksjonsfeil, dø eller bli kreft, så forskerne vil gjerne vite hvordan "DNA mekanikk" gjøre jobben sin. DNA ligaser er attraktive mål for cellegift for kreft og andre sykdommer.
DNA ligase arbeider på konsert med en annen ring-formet protein som kalles en glidende klemme. Sliding klemmer, slik som den menneskelige PCNA protein, er mester regulering av DNA-reparasjon, og gir docking områder som rekrutterer reparasjon enzymer til stedet av skader.
"Når ligase stabler mot PCNA og omgir DNA, tror vi dette samspillet støter andre reparasjons proteiner fra PCNA," sier Ellenberger. "I denne rollen kan ligase tjene som den endelige dommer av DNA-reparasjon, bekrefter at DNA er i perfekt stand og klar for det siste trinnet i DNA slutt bli."
I denne studien av DNA ligase, publisert i den 20 oktober utgaven av Molecular Cell, sammen Ellenberger forskningsgruppe med forskere fra The Scripps Research Institute (TSRI), University of Maryland School of Medicine og Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL).
Å visualisere kompliserte og dynamiske strukturer av DNA ligase og PCNA, både separat og i en kompleks, jobbet Ellenberger og hans gruppe tett med LBNL forskere å dra nytte av den intense X-stråler og avanserte teknologier for SIBYLS synkrotron beamline ved Berkeley lab Advanced Light Source.
Forskerne brukte en kombinasjon av X-ray krystallografi og liten vinkel X-ray spredning (SAXS). De gjennomførte sine studier med en modell organisme kalt Sulfolobus solfataricus som har mange av de samme biokjemiske egenskaper multicelled organismer, inkludert mennesker.