Молекула ДНК в клетках человека химически нестабильна, что вызывает её повреждения различной природы. Существует целый механизм, обеспечивающий ответ на повреждение ДНК, который включает в себя процессы обнаружения повреждения ДНК, генерацию сигнала о повреждении и “починку” молекулы ДНК – так называемую репарацию.
Ответ на повреждение ДНК чрезвычайно важен для организма. Генетический материал постоянно копируется для передачи новым клеткам (соответственно, перед репликацией ДНК должна быть отремонтирована). Если поврежденная ДНК была реплицирована, то риск рака и других заболеваний значительно увеличивается (из-за возникновения мутаций). Всё это может привести к смерти клетки, а то и целого организма. Система репарации включает в себя ферменты, которые отвечают за то, чтобы поврежденную ДНК каким-либо образом проверить на качество и спасти до того, как она перейдёт дочерней клетке. Один из путей – распознавание поврежденных оснований и сигнализация другим ферментам, которые и будут их “ремонтировать”.
Среди этих ферментов – киназа ATM, которая передаёт сигнал от поврежденной ДНК клеточной системе репарации. Учёные предполагали, что исключительно ATM распознает так называемые двойные разрывы ДНК (напомним, что последняя представляет собой двойную спираль). Эти разрывы очень опасны, потому что они могут привести к потере генетической информации.
Докторант химического факультета МГУ Светлана Хороненкова вошла в состав международной группы учёных, которые смогли открыть новую роль молекулы ATM. Хороненкова разрабатывала проект, занималась его экспериментальным исполнением и оформлением результатов для публикации. Все выводы были описаны в недавно вышедшей статье в престижном научном журнале PNAS.
“Эндогенные, внутренние, двойные разрывы ДНК в клетках в обычных условиях не возникают в больших количествах, – рассказывает Хороненкова. – Сама идея функционирования клетки заключается в том, чтобы не допустить образования двойных разрывов ДНК. Мы выяснили, что ATM активируется и начинает выполнять свою функцию не только в случае двойных разрывов, но и в ответ на однонитевые разрывы”.
Исследовательница поясняет, что однонитевые разрывы появляются в клетке с невероятной частотой – по 10-20 тысяч в день. В отличие от них двойные разрывы возникают крайне редко 10-20 штук в день. Это подчёркивает важность сигнализации присутствия неисправленных однонитевых разрывов ДНК для ремонтирующей системы.
В ответ на однонитевые разрывы АТМ сама себя активирует и передаёт сигнал о повреждении. В результате репликация ДНК приостанавливается, у клетки появляется больше времени для “ремонта”. Если своевременной “починки” не произошло, то образуется двойной разрыв ДНК, что гораздо страшнее, так как повышается риск рака и других заболеваний.
Тут стоит вспомнить, что мутация в гене АТМ связана с генетическим заболеванием атаксия-телеангиэктазия (или синдром Луи-Бар) – это редкая передающаяся по наследству болезнь, которая проявляется в основном у детей: они страдают от иммунодефицита, нейродегенерации, предрасположенности к раку и умирают в возрасте 14-15 лет. Кроме того, у таких детей наблюдаются задержки в развитии.
Само по себе заболевание редкое и передается по наследству. Заболеваемость этим синдромом разная: в США он проявляется чуть чаще, чем в Европе. В целом, по статистике, наблюдается примерно один зарегистрированный случай на 40-100 тысяч рождений, то есть мутация в гене есть у 1% населения. При этом высока вероятность, что медики диагностируют только небольшой процент заболевания, что и приводит к разнице в цифрах.
Теперь учёные хотят понять механизм, активирующий АТМ в ответ на однонитевые разрывы. Последующая работа должна в конце концов улучшить уровень жизни людей, страдающих от заболеваний, подобных синдрому Луи-Бар.