05.11.2013

При репликации ДНК археи могут обходиться без точки старта

Haloferax volcanii из Мёртвого моря продемонстрировали исключение из известной аксиомы молекулярной биологии о том, что нормальному процессу репликации ДНК всегда нужна точка старта. Утратив все такие точки в своей хромосоме, эти археи не только выжили, но и стали размножаться лучше прежнего.

Репликация, или удвоение генетического материала, происходит у всех живых организмов: никакого размножения не было бы, если бы клетки не умели копировать свою ДНК. (Вирусы в этом смысле полагаются на репликационный механизм клеток-хозяев; кроме того, некоторые вирусы копируют РНК, так как именно в ней их наследственная информация и записана.)

Репликацию обслуживает сложный комплекс белков, и от её регуляции в жизни клетки многое зависит. Репликация должна происходить в срок, точно перед делением, и в итоге должна получаться только одна копия ДНК: в противном случае, если клетка обзаведётся лишней хромосомой из-за лишнего цикла удвоения, она может переродиться в раковую. Для того чтобы репликацией было удобнее управлять, она всегда начинается с определённой точки — точки начала репликации. Этих точек может быть одна, как у бактерий, или несколько, как у эукариот с их огромными хромосомами, однако, как бы то ни было, вне этих точек репликации быть не может; если точки начала репликации вырезать из ДНК, клетка погибнет, так и не поделившись.

Грубо говоря, стартовая точка служит пультом управления репликации: контролировать начало процесса с её помощью гораздо проще, чем если бы репликация проходила в любом месте на ДНК.

Долгое время наличие стартовых точек репликации считалось незыблемой аксиомой, пока группа исследователей из Ноттингемского университета (Великобритания) не занялась изучением молекулярных процессов у Haloferax volcanii. У этой архебактерии, как оказалось, репликация стартует в любом месте, без каких-либо точек начала.

Тут стоит сказать, что археи, или архебактерии, — существа необычные, причем настолько, что их выделяют в отдельный домен жизни, наряду с бактериями и эукариотами. Они, как правило, предпочитают экстремальные экологические ниши: с высокой солёностью (как H. volcanii), с чрезмерно повышенной или пониженной температурой среды, с повышенной кислотностью или щёлочностью. Объединяя свойства бактерий и эукариот, на генетическом уровне они стоят, как считается, всё же ближе к эукариотам. У архей, например, обычно есть несколько точек начала репликации на хромосоме.

Торстен Аллерс (Thorsten Allers) и его коллеги нашли у H. volcanii целых четыре такие точки: как и ожидалось, их удаление осложняло репликацию и замедляло рост. Однако когда H. volcanii лишили всех точек начала репликации, то рост архебактерий не только не остановился, но даже ускорился: H. volcanii стали расти на 10% быстрее.

Как пишут исследователи в Nature, лишённые всех точек начала репликации H. volcanii просто запускали синтез с любого места на молекуле, хотя при этом им строго требовался фермент рекомбиназа, без которого клетки с нормальными точками репликации вполне обходились.

По словам авторов работы, то, что происходит у архей H. volcanii, и то, что происходит в раковых клетках, довольно схоже: утрата точек репликации (раковые клетки теряют способность контролировать процесс так, чтобы он начинался в определённом месте) сопровождается ускорением роста. Онкоклетки при этом как будто обращаются в какое-то древнее, «архееподобное» состояние, используя давно спящие молекулярные механизмы.

Подготовлено по материалам Ноттингемского университета.

Можно ли будет из исследования такой репликации у архей сделать какие-то выводы относительно раковых клеток, пока не ясно, но авторы надеются, что именно археи помогут нам понять, как восстановить у раковых клеток нормальные молекулярные процессы.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru