Auteurs: Benjamin Schwartz, et al.

Bron: bioRxiv (2022)

Samenvatting:

DNA-replicatie is een fundamenteel biologisch proces dat zorgt voor een nauwkeurige duplicatie van genetisch materiaal tijdens de celdeling. Om de replicatie op gang te brengen, bindt een gespecialiseerd eiwitcomplex, bekend als de helicase-helicase loader, zich aan de dubbele DNA-helix en omcirkelt deze, waardoor de strak opgerolde strengen worden afgewikkeld en een replicatievork ontstaat. De precieze mechanismen waarmee dit complex zich aan DNA bindt en het omwikkelt, zijn echter ongrijpbaar gebleven.

In een opmerkelijke doorbraak hebben onderzoekers het helicase-helicase loader-complex in het midden van de actie vastgelegd met behulp van cryo-elektronenmicroscopie, een krachtige beeldvormingstechniek die de visualisatie van biomoleculaire structuren met bijna atomaire resolutie mogelijk maakt. Hun bevindingen, gerapporteerd in de preprint-server bioRxiv, werpen een ongekend licht op de ingewikkelde interacties tussen de eiwitmachines en DNA, en verschaffen cruciale inzichten in de eerste stappen van DNA-replicatie.

Uit de hoge-resolutiebeelden bleek dat het helicase-helicase loader-complex een ringvormige structuur vormt die DNA omringt, waarbij de helicase loader-eiwitten de dubbele DNA-helix vastgrijpen en de helicase-eiwitten daarachter zijn geplaatst, klaar om de DNA-strengen te ontwarren. Deze opstelling suggereert dat de helicase-ladereiwitten een cruciale rol spelen bij de DNA-binding, het complex rond het DNA stabiliseren en het voorbereiden op replicatie-initiatie.

Verdere analyse bracht de specifieke interacties tussen de helicase-ladereiwitten en de DNA-ruggengraat aan het licht, waardoor de moleculaire mechanismen werden onthuld waarmee het complex zich aan het DNA vastmaakt. Bij deze interacties zijn verschillende aminozuurresiduen betrokken in de helicaseloader-eiwitten die waterstofbruggen vormen en van der Waals-contacten met de DNA-fosfaten, waardoor een veilige grip op het genetische materiaal wordt gegarandeerd.

Bovendien identificeerden de onderzoekers een flexibel linkergebied binnen de helicase-ladereiwitten waarmee ze hun conformatie kunnen aanpassen aan de variërende DNA-sequentie. Deze flexibiliteit is essentieel voor het complex om plaats te bieden aan de verschillende DNA-sequenties die tijdens de replicatie worden aangetroffen, waardoor een efficiënte afwikkeling van de dubbele helix wordt gegarandeerd.

Deze bevindingen bieden een gedetailleerd moleculair inzicht in hoe het helicase-helicase-ladercomplex DNA herkent, bindt en inpakt om replicatie te initiëren. Deze kennis verdiept ons begrip van de fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan DNA-replicatie, en maakt de weg vrij voor verder onderzoek naar replicatiegetrouwheid, genetische ziekten en de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën.