«BRCA1-BARD1 важен для репарации ДНК. Он имеет прямое отношение к раку, потому что сотни мутаций в генах BRCA1 и BARD1 были идентифицированы у онкологических больных», — говорит Джордж Мер, доктор философии, структурный биолог, биохимик и ведущий автор статьи. «Но никто не знает, являются ли эти мутации или варианты неизвестного значения предрасположенностью к раку, потому что мы не знаем, расположены ли варианты в области BRCA1-BARD1, которая важна для функции. Теперь, потому что мы можем видеть, как BRCA1-BARD1 работает, у нас есть хорошее представление о том, какие области BRCA1-BARD1 важны для работы».
В клетке комплекс ДНК и гистоновых белков объединяется в так называемый хроматин и упаковывается в пучки, называемые нуклеосомами. Белкам ответа на повреждение ДНК необходим доступ к хроматину для восстановления поврежденной ДНК. BRCA1-BARD1 способствует фиксации разорванных цепей ДНК, что помогает поддерживать и выживать клетки. Но это также функция, которая может быть заблокирована или инактивирована, если это стратегия, которую раковые клетки используют для выживания при химиотерапии.
Криоэлектронная микроскопия и спектроскопия ядерного магнитного резонанса
«Мы использовали два метода — криоэлектронную микроскопию и спектроскопию ядерного магнитного резонанса — чтобы понять с почти атомным разрешением, как BRCA1-BARD1 связывается с нуклеосомой, повторяющейся единицей хроматина, и как BRCA1-BARD1 модифицирует хроматин», — объясняет Доктор Мер.
В криоэлектронной микроскопии очищенный BRCA1-BARD1, связанный с нуклеосомами, вместе называемый макромолекулами, мгновенно замораживается, а затем визуализируется с помощью электронного микроскопа. Макромолекулы по-разному ориентированы в образце, поэтому компьютерная программа оценивает все данные об ориентации для создания трехмерной структуры. Доктор Мер и его команда также исследовали нуклеосомные комплексы BRCA1-BARD1 с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса, в которой используется сильный магнит для исследования относительного положения атомов внутри макромолекул. Используя эти инструменты визуализации, ученые смогли визуализировать BRCA1-BARD1 в действии и раскрыть новую функцию комплекса.
«Мы показали, как BRCA1-BARD1 прикрепляет убиквитин к нуклеосоме, но мы также определили, что BRCA1-BARD1 распознает убиквитин, уже прикрепленный к нуклеосоме, что служит сигналом для разорванной ДНК», — говорит доктор Мер. «Мы обнаружили неожиданный перекрестный разговор, благодаря которому распознавание убиквитина BRCA1-BARD1 усиливает его активность прикрепления убиквитина, и это помогает нам лучше понять, как BRCA1-BARD1 выполняет свою функцию».
От научных открытий к уходу за пациентами
Доктор Мер и его команда ожидают, что изображения BRCA1-BARD1 с высоким разрешением могут помочь направить лечение пациентов и будущее лечение рака двумя способами: классифицировать варианты неизвестного значения и направить разработку лекарств с большей точностью.
«С помощью этих трехмерных структур мы должны быть в состоянии преобразовать несколько вариантов неизвестного значения в варианты, вероятно предрасполагающие к раку», — говорит д-р Мер. «Ожидается, что эта работа также окажет влияние на разработку лекарств в долгосрочной перспективе, потому что трехмерные структуры BRCA1-BARD1 в комплексе с нуклеосомой, которую мы создали, могут помочь в разработке небольших молекул, которые могут, например, инактивировать BRCA1-BARD1».
