Imagini detaliate dezvăluie mecanismul de reparare a ADN-ului în proteinele asociate cancerului
Cercetătorii au obținut cele mai detaliate imagini structurale de până acum ale unui anumit tip de proteină implicată în procesul de reparare a ADN-ului, o descoperire care ar putea revela metode de inhibare a efectelor mutațiilor BRCA1 și BRCA2, ce cresc riscul pentru cancerul mamar, ovarian și alte tipuri de cancer.
Cercetările anterioare au arătat că o proteină umană numită RAD52 efectuează repararea ADN-ului în celulele canceroase care nu mai au funcția de supresie a tumorilor a genelor BRCA normale, permițând astfel celulelor să supraviețuiească și să se reproducă – un indiciu că blocarea RAD52 ar putea duce la moartea acestor celule.
Însă blocarea RAD52 necesită o înțelegere completă a activităților sale de reparare, care au fost greu de capturat chiar și cu cele mai sofisticate tehnici. Prin urmare, echipa de cercetare s-a concentrat pe proteina sa ancestrală Mgm101 din mitocondriile de drojdie și a observat mai mulți pași cheie în procesul său de reparare a ADN-ului, numit annealing al ADN-ului cu un singur fir.
O înțelegere mai clară a modului în care această familie de proteine se leagă de firele de ADN și le ajută să se unească din nou după o ruptură oferă perspective pentru ținte de medicamente care ar putea opri procesul în celulele canceroase activate de genele BRCA mutate.
„Este încă un mecanism propus: doar pentru că vedem aceste instantanee ale procesului nu înseamnă că cunoaștem toate detaliile, dar avem cele mai bune instantanee pentru orice proteină care face acest annealing al firului unic,” a declarat Charles Bell. „Aceasta ne concentrează strategiile pentru dezvoltarea de medicamente.”
Studiul este publicat astăzi (27 aprilie 2026) în revista Nucleic Acids Research, care a desemnat articolul ca fiind un articol de tip Breakthrough.
Firele de ADN se rup zilnic în fiecare celulă, motiv pentru care proteinele există pentru a repara aceste rupturi și a menține procesele celulare în bune condiții. Dar, deoarece reparațiile trebuie să se realizeze rapid, iar proteinele umane sunt adesea mai complexe decât omologii lor ancestrali, chiar și cele mai avansate echipamente de imagistică nu pot captura fiecare pas al procesului.
Laboratorul lui Bell a colaborat cu laboratorul condus de Vicki Wysocki, specializată în spectrometrie de masă nativă și fotometrie de masă, folosind lumină pentru a măsura masele complexelor proteină-ADN.
Aceste tehnici au arătat că Mgm101 s-a asamblat dintr-un monomer, sau o singură copie a sa, într-un complex molecular mare, numit 19-mer – practic, un inel compus din 19 copii ale proteinei.
Aceast inel servește ca un șablon pentru ca primul fir de ADN să se alăture, iar apoi al doilea fir vine și începe să fie asociat cu primul fir,” a spus Wysocki.
Aceste descoperiri au fost susținute de cercetările efectuate de laboratorul lui Bell utilizând microscopie electronică criogenică, observând structuri care pluteau în soluție și erau înghețate într-un strat subțire de gheață.
Structurile de înaltă rezoluție au arătat mai multe faze ale procesului: inelul de 19-mer cu un fir de ADN atașat (substrat), cu al doilea fir în poziție pentru annealing (intermediar duplex) și după eliberarea ADN-ului reparat, vizibil ca formare clasică a ADN-ului în dublu helic.
„Structurile RAD52 de înaltă rezoluție au fost determinate cu ADN cu un singur fir, dar nu cu cele două ADN-uri pe care încearcă să le asocieze,” a explicat Bell. „Rolul său este de a se lega de ADN cu un singur fir și de a-l asocia cu secvența sa complementară. A fost capturat structural, dar doar în câteva stări relevante pentru reacție.”
„Aici, avem mai multe stări de-a lungul întregului parcurs de la substrat, la intermediar și produs. Iar intermediarul duplex este o conformație care nu a mai fost văzută înainte – când proteina leagă primul ADN în jurul inelului, este legat doar prin scheletul său de zahăr-fosfat, cu bazele nucleotidice îndreptate în sus și complet expuse și separate, astfel încât să poată fi căutate. Este extins, complet desfăcut și circular.”
Bell a menționat că domeniul a fost nesigur dacă acest mecanism se desfășoară cu un sau două inele proteice participante, dar aceste descoperiri arată că procesul este gestionat de un singur complex molecular – prin urmare, annealing-ul firului unic este probabil un mecanism conservat cis.
Echipa plănuiește să încerce să captureze aceleași faze ale procesului de reparare a ADN-ului cu RAD52 din oameni, punând accent pe intermediarul duplex și să extindă rolul spectrometriei de masă în determinarea modului în care ADN-ul este legat de proteină.
Acest lucru a fost susținut de U.S. National Science Foundation și National Institutes of Health.
Carter Wheat și Zihao Qi sunt coautori principali ai studiului. Alți coautori includ un elev de la Metro High School, Miqdad Hussain, și Katerina Zakharova.
