Оригинал статьи

РИА Сибирь от 06.05.2016 г.

Поиск иголки в генетическом стоге сена



Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН получили грант президента РФ, выиграв конкурс по государственной поддержке молодых ученых. Новосибирцы исследуют систему репарации ортопоксвирусов, чтобы найти вещества, которые способны подавлять жизненный цикл возбудителей болезней.

Основной носитель генетической информации всех живых организмов, исключая РНК-вирусы, -это ДНК, и она постоянно повреждается под действием разных внешних и внутренних факторов. Чтобы при этом избежать мутаций, гибели клетки или ее превращения в раковую, в живой элементарной единице строения есть специальный механизм для удаления «поломок» - система репарации.

«Существует много методов исправления повреждений в клетках. Наша лаборатория геномной и белковой инженерии в числе других направлений своей деятельности изучает путь, который называется «эксцизионная репарация оснований». Благодаря этому способу из ДНК удаляются повреждённые азотистые основания, а затем восстанавливается нормальная структура молекулы», - рассказывает кандидат химических наук Григорий Мечетин.

Такие действия в клетке выполняют разные ферменты (они же энзимы) - белки, осуществляющие какую-то реакцию, у человека их больше десятка. По сути, это маленькие молекулярные машинки: одна может соединять нити ДНК, другая, наоборот, стирать что-то из последовательности. Например, биологически активное вещество урацил-ДНК-гликозилаза исключает из ДНК поврежденные звенья - основания урацила, а другие ферменты потом вставляют на это место неповрежденные.

«Нас интересовала еще неохарактеризованная на тот момент биохимически урацил-ДНК-гликозилаза ортопоксвирусов. В это семейство вирусов входят, в частности, натуральная оспа, оспа обезьян, которая представляет эпидемиологическую опасность для людей», - говорит Григорий Мечетин.

В 90% случаев вирус оспы обезьян не смертелен, но социально-значим в Африке, к тому же, вирус был завезен в США и вызвал вспышки заболевания: выявили 39 зараженных жителей в нескольких штатах в 2003 году. После истребления натуральной оспы вакцинация населения в мире прекратилась. Однако есть небольшая доля вероятности утечки вируса из исследовательских центров (официально их всего два в мире: это «Вектор» в России и CDC в США), а также попадания возбудителя болезни в руки террористов. Например, на складе института здравоохранения в штате Мэрилэнд (США) в 2014 году были обнаружены несколько давно забытых пробирок с этим вирусом.

Урацил-ДНК-гликозилаза крайне важна для жизненного цикла вируса, но не только из-за своей способности «чинить» последовательность. Предполагается, что основная роль фермента состоит в том, что он связывается с другим энзимом - ДНК-полимеразой, синтезирующей новую вирусную ДНК, и помогает ей функционировать. Урацил-ДНК-гликозилаза образует своеобразную «ручку», которая удерживает ДНК-полимеразу на последовательности, не дает ей покинуть место работы раньше времени. Если урацил-ДНК-гликозилазу убрать, то скорость размножения вируса стремительно падает. То, как действует этот «держатель», почему в его роли выступает именно фермент репарации и можно ли нарушить взаимодействие, пока никто не знает.

Этому вопросу и посвящена работа молодого ученого. Он предположил, что ДНК-гликозилаза тут неспроста. Дело в том, что перед ней стоит сложная проблема - найти повреждение среди огромного числа нормальных звеньев ДНК, для этого гликозилазы связываются с последовательностью и некоторое время «ездят» по ней в поисках дефекта, а если за какое-то время не найдут - перепрыгивают в другое место и начинают исследование там. Пока фермент таким образом ищет повреждение, он держится за ДНК довольно прочно. Возможно, такой процесс и помогает ДНК-полимеразе.

«Раньше мы исследовали урацил-ДНК-гликозилазы бактерий и человека, разработали специальные методы, при помощи которых способны определять, на какое расстояние энзимы могут скользить по ДНК, как ведут себя при столкновении с препятствиями. Это очень интересные фундаментальные вопросы», - объясняет Григорий Мечетин. - Но вирусная гликозилаза от них довольно сильно отличается по структуре. Возник вопрос, почему бы не посмотреть, как передвигается по последовательности урацил-ДНК-гликозилаза вируса, и приложить фундаментальную науку к практике, поискать вещества, которые смогут это движение подавлять».

Добыть фермент ученым помогли коллеги из лаборатории ортопоксвирусов государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» (Кольцово). Через некоторое время исследователь имел в своем распоряжении генноинженерную конструкцию с кусочком ДНК вируса осповакцины, производящим ровно один белок — урацил-ДНК-гликозилазу.

Кроме того, несколько лет назад ученым поступило предложение о сотрудничестве от коллег из МГУ имени М. В. Ломоносова. У москвичей была большая коллекция разных химических соединений, они выбрали те, которые теоретически по результатам компьютерного моделирования могут проникнуть в активный центр ДНК-гликозилазы и таким образом ее ингибировать.

«Нам прислали ряд соединений, и мы проверили, как они влияют на работу фермента, затем обнаружили несколько снижающих активность человеческой урацил-ДНК-гликозилазы. Но влияние на перемещение вещества по ДНК еще не смотрели - как раз собираемся этим заняться, а заодно и проверим воздействие веществ на вирусный энзим», - рассказывает ученый.

Исследование Григория не ограничивается одним ферментом. На самом деле очень многие белки, «работающие» с ДНК, должны искать мишени - будь то повреждения или какие-то конкретные участки ДНК с особой последовательностью нуклеотидов. Те, для которых известен механизм поиска, можно пересчитать по пальцам. И молодой ученый собирается применять разработанные им методы, чтобы увеличить это число и, возможно, обнаружить принципиально новые способы влияния на их деятельность в клетке.

Дарина Муханова,
газета «Наука в Сибири».