Подвійна кільцева структура білка RAD52 захищає ДНК під час реплікації в клітинах, що діляться
Дослідження, проведене під керівництвом Університету Айови, виявило несподівану структуру білка RAD52, відповідального за репарацію ДНК. Вчені з’ясували, що він зв’язується з ДНК і стабілізує її під час реплікації в клітинах, які активно діляться. Це нове розуміння структури та функцій комплексу RAD52-ДНК може сприяти розробці нових протиракових препаратів.
“RAD52 є перспективною мішенню для лікування раку з порушеннями в системах репарації ДНК — зокрема, раку молочної залози, яєчників та деяких форм гліобластоми,” — пояснює Марія Спайс (Maria Spies), докторка філософії, професорка біохімії та молекулярної біології Медичного коледжу Карвера при Університеті Айови і провідна авторка нового дослідження, опублікованого 2 квітня в журналі Nature. “Цей білок цікавий для розробки ліків, адже він не є життєво необхідним для здорових клітин, проте критично важливий для виживання ракових клітин із дефектами в генах BRCA1 або BRCA2.”
Рак, пов’язаний з дефектами репарації ДНК, покладається на альтернативні білки, як-от RAD52, що компенсують пошкоджені механізми відновлення. Через це інгібітори RAD52 можуть бути ефективною терапією.
Тривимірна реконструкція структури білка RAD52
Вже було показано, що інгібітори RAD52 здатні селективно знищувати ракові клітини і зменшувати токсичність променевої та хімієтерапії. Їх дія подібна до інгібіторів PARP — перших препаратів, схвалених для лікування BRCA-дефіцитних пухлин. Хоча близько 15% пацієнтів після лікування олапарибом залишаються без рецидиву протягом 5 років, багато з них втрачають чутливість до препарату вже в перший рік.
“Націлювання на RAD52 — окремо або разом з інгібіторами PARP — розширить доступні варіанти лікування,” — додає Спайс. “Але щоб створити ефективні інгібітори RAD52, потрібно глибоко розуміти його функції на молекулярному, структурному та клітинному рівнях.”
Нова форма — нові можливості для створення ліків
RAD52 не потрібен нормальним клітинам, але критично необхідний раковим — це перевага для терапії. Проте виклик полягає в тому, щоб визначити, які саме функції білка слід блокувати.
Спайс і її команда, співпрацюючи з професором молекулярної медицини П’єтро Пік’єррі з Риму та професором з розробки ліків Ешлі Спайсом, виявили ключову структурну інформацію про RAD52, яка допоможе знайти спосіб його точкового пригнічення.
Подвійне кільце RAD52 захищає ДНК
Попередні дослідження показали, що RAD52 захищає «зупинені» реплікаційні вилки ДНК, що допомагає виживати раковим клітинам. У новому дослідженні команда використала кріоелектронну мікроскопію (CryoEM) і з’ясувала, що білки RAD52 утворюють несподівану структуру з двох кілець (по 11 копій кожне), яка захоплює всі три “руки” реплікаційної вилки ДНК, змінює її форму та захищає від деградації.
Для створення цієї візуалізації команда сконструювала модель вилки ДНК, що імітує зупинений реплікаційний процес, і зафіксувала комплекс RAD52 у стабільній формі для отримання 3D-зображення. Завдяки спеціалізованим мікроскопам з лабораторії Спайс, дослідники змогли простежити взаємодію RAD52 з ДНК на рівні окремих молекул, побачивши динамічну зміну структури білка під час захисту вилки.
“Окрема кільцева структура вже була відома, але вперше ми бачимо обидва кільця разом на ДНК — і вони роблять щось абсолютно нове,” — зазначає Спайс.
“Це відкриття підказує, які ділянки білка можуть стати цілями для ліків.”
RAD52 як мішень для розробки нових протиракових препаратів
Команда Спайс вже має невеликі молекули, які можуть зв’язуватись із RAD52 і пригнічувати його. Проте їх ще потрібно доопрацювати, щоб зробити ефективними й безпечними. Результати структурних досліджень були доповнені комп’ютерним моделюванням Ешлі Спайса та експериментами з клітинами, проведеними в лабораторії Пік’єррі в Італії. Ця міждисциплінарна співпраця підтвердила важливість подвійної кільцевої архітектури RAD52 для виживання ракових клітин.
“Наші результати закладають основу для подальшого дослідження регуляції RAD52 і відкривають нові цілі для його пригнічення,” — каже Спайс. “Сподіваюся, що ці знання допоможуть нам створити нові інгібітори RAD52 і реалізувати його потенціал як протиракової мішені.”