Studie gibt Einblick in die Sonne-induzierten DNA-Schäden und Zelle-Reparatur: Bahnbrechende Studie füllt eine „fehlende Lücke“

Ein team, geleitet von einem der Baylor University Forscher veröffentlicht eine bahnbrechende Artikel, die ein besseres Verständnis der dynamischen Prozess, durch den Sonnenlicht-induzierten DNA-Schäden ist anerkannt durch die molekulare Reparatur von Maschinen in den Zellen benötigen, als die Reparatur.

UV-Licht von der Sonne ist eine allgegenwärtige Karzinogen, das zufügen können strukturelle Schäden an der Zell-DNA. Als DNA trägt, wichtige Blaupausen für zelluläre Funktionen, Fehler zu entfernen und wiederherstellen der beschädigten Teile der DNA in einer zeitgemäßen Weise können schädliche Ergebnisse und führen zu Hautkrebs beim Menschen, sagte der leitende Autor der Jung-Hyun Min, Ph. D., außerordentlicher professor von Chemie und Biochemie im Baylor College of Arts & Wissenschaften.

Min und Ihr team zeigten, wie die Reparatur protein Rad4/XPC binden würde, um eine solche UV-induzierten DNA-Schäden — 6-4 photoproduct — markieren Sie die beschädigte Stelle entlang der DNA in Vorbereitung für den rest der Nukleotid Exzision Reparatur (NER) – Prozess in den Zellen.

Die Studie – „Struktur und Mechanismus von pyrimidin-pyrimidone (6-4) photoproduct Anerkennung durch die Rad4/XPC-Nukleotid-Exzision-Reparatur-Komplex“ – ist veröffentlicht in der Zeitschrift Nucleic Acids Research (NAR) als „Durchbruch Artikel.“

Durchbruch Artikel präsentieren high-impact-Studien, die Beantwortung lange bestehende Fragen im Bereich von nucleic acids research und/oder die Eröffnung neuer Bereiche und mechanistischen Hypothesen für die Untersuchung. Sie sind die besten, die Zeitungen veröffentlichten am NAR, die 1 bis 2 Prozent von denen empfangen, die von der Zeitschrift.

UV-Licht gefährdet die Integrität des Genoms durch die Generierung von zellulären DNA-Schaden bekannt als intra-strand-crosslink-Schäden, Min sagte. Zwei Arten von Läsionen sind cyclobutane pyrimidin-dimer (CPD), die bis macht etwa 70 Prozent dieser Schäden; und 6-4 photoproduct (6-4PP), die stellt etwa 30 Prozent.

Die zelluläre DNA-Reparatur-system (NER), die verantwortlich ist für die Klärung dieser Läsionen, arbeitet sehr viel schneller für 6-4PP als CPD, Min sagte. Dies ist, weil eine DNA-Schaden-sensing-protein (genannt Rad4/XPC) initiiert NER ist effizienter bei der Erkennung von 6-4PP, als es ist zu erkennen CPD.

Sobald eine Läsion gebunden ist Rad4/XPC, es kann entfernt werden, indem der NER-Weg. NER Werke in allen Organismen, angefangen von Hefe bis zum Menschen. Wie die Rad4/XPC-protein erkennt die Verletzungen und was führt zu den unterschieden in der Anerkennung Effizienz, bleibt unklar, Min sagte.

Das team ermittelt, die eine 3D-Struktur Rad4 protein gebunden an ein DNA-Substrat mit einer 6-4PP Läsion, die mit einer Technik namens Röntgen-Kristallographie. Die Struktur zeigte, dass die Proteine flips nach außen, die Teile der DNA mit dem 6-4PP und damit „öffnet“ die DNA-Doppel-helix. Dies war begleitet von schweren untwisting und biegen der DNA-Stränge.

Es war allerdings nicht der beschädigte Teil der DNA, die das protein direkt kontaktiert, Min sagte.

Anstatt, das protein gebunden, die speziell auf die gesunde bits der DNA gegenüber der Läsion. Dies zeigt, dass das protein im Prinzip könnte die Bindung an die CPD, sowie andere ökologisch induzierten DNA-Läsionen, die dafür bekannt sind, anerkannt zu werden, indem Rad4/XPC. Aber könnte es nicht direkt erklären, warum die Anerkennung Wirkungsgrade unter die Hautveränderungen können unterschiedlich sein.

Um dies zu beheben, Min dann zusammen mit Suse Broyde, Ph. D., an der New York University und verwendet die molekulare Dynamik, rechnerisch simulieren der Prozess, durch den Rad4 anfangs Riegel auf der DNA, die entweder 6-4PP oder CPD.

Die simulationsstudien zeigten, dass das protein leicht in Eingriff mit 6-4PP zu verdrehen, verbiegen und teilweise „offen“, die DNA an der Läsion Seite. Aber bemerkenswert ist, dass die CPD-haltige DNA der Versuchung widerstanden, untwisting und biegen, war leicht Los mit 6-4PP.

Insgesamt war das team in der Lage zu montieren ein 3-D molekulare Bahn, die darstellen die wichtigsten Schritte, die während der DNA – „öffnung“ durchgeführt durch Rad4/XPC und enthüllt die Gründe für die unterschiedliche Anerkennung von 6-4PP und CPD.

Min glaubt, dass die Entdeckung dieser mechanik der Nukleotid-Exzision-Reparatur könnte bieten Vorteile, die über das Verständnis UV-induzierten Schäden, wie NER ist auch ein wichtiger Weg, die Reparaturen viel von ökologisch induzierten DNA-Schäden-einschließlich, dass, verursacht durch industrielle Schadstoffe, Zigarettenrauch und auch einige Chemotherapeutika.

„Das Markenzeichen von NER ist, dass es Reparaturen, die ein sehr breites Spektrum von DNA-Schäden. Das ist sehr wichtig in Bezug darauf, wie unsere Genome sind geschützt von ökologisch verursachten DNA-Schäden“, sagte Min.

„Zwar ist es seit vielen Jahrzehnten bekannt, dass diese Rad4/XPC-protein erkennen kann, 6-4PP sehr effizient, es hat keine Struktur, zu zeigen, wie es wirklich bindet, um die Läsion und warum die Anerkennung ist so effizient im Vergleich mit Läsionen wie CPD“, sagte Sie. „Grundsätzlich hat in unserer Studie schön füllt diese fehlende Lücke und details, was diesen Mechanismus werden muss.“

Während diese Forschung zeigte, wie Rad4/XPC binden können, um den Schaden in einem DNA-duplex, es ist immer noch unklar, wie das protein finde solche Schäden, wenn diese auf der DNA, die ist kompakt organisiert, wie es in den Zellen (sogenannte chromatin).

Min sagte, die meisten DNA in chromatin überspielt werden um Proteine, die sogenannten histone und wie Rad4/XPC bekommen kann, um eine Läsion ist ein weiteres Rätsel.

Auch, Sie sagte, es ist unbekannt, wie Rad4/XPC gewinnen würde, und der nächste Spieler, der die Reparatur-Prozess, genannt Transkriptionsfaktor II H-Komplex (TFIIH), die wichtig bei der überprüfung der Schäden, bevor Sie es mit anderen Proteinen kommen, und tatsächlich schneiden Sie den beschädigten Teil.

„Wir hoffen, dass das wissen, das wir entdecken können hilfreich sein bei der Lösung wichtiger Probleme in der menschlichen Gesundheit“, sagte Min. „Dies ist, wie wir uns vorstellen, wir können helfen-durch das Verständnis, wie Dinge funktionieren, mit voller 3-D structural detail.“

*Die Studie wurde unterstützt von der National Science Foundation und die National Institutes of Health.

Co-Forschern sind Debamita Paul, Ph. D., chemistry and biochemistry, Baylor-Universität; Hong Mu, Ph. D., biology, New York University; Hong Zhao, Ph. D., Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York City; Ouathek Ouerfelli, Ph. D., Memorial Sloan Kettering Cancer Center; Philip Jeffrey D., Ph. D., makromolekulare Kristallographie, Universität Princeton; und Suse Broyde, Ph. D., biology, New York University.