Авторами новой разработки стали ученые из института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ СО РАН) имени Кнорре СО РАН и Новосибирского института органической химии имени Ворожцова СО РАН. Как рассказали в ИХБФМ СО РАН, специалисты внедрили в поврежденную ДНК специальную молекулярную метку, которая меняет свой сигнал в зависимости от кислотности среды. Это своего рода "микрофон", который передает данные прямо из активного центра белка.
Объектом изучения стал фермент формамидопиримидин-ДНК-гликозилаза (Fpg) который участвует в репарации ДНК. Он вырезает окисленный гуанин, не давая мутациям закрепиться. У человека есть его "родственники" - белки семейства NEIL, выполняющие ту же защитную функцию. Главный вопрос заключался в том, как именно две аминокислоты - пролин и глутамат - взаимодействуют.
"Наши коллеги синтезировали спиновую метку, которая чувствительна к кислотности среды, а мы пришили ее к ДНК прямо рядом с местом повреждения. Получился своеобразный молекулярный "микрофон", который в прямом смысле передает сигнал из центра событий: изменение зарядов вблизи метки меняет ее ответ на pH", - рассказал заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН, академик Дмитрий Жарков.
Ученые обнаружили, что в кислой среде и нормальный фермент, и его мутантный вариант с заменой каталитического глутамата на нейтральный глутамин ведут себя одинаково. Но как только pH сдвигается к физиологическим значениям, сигналы резко расходятся. В работающем ферменте происходит "перезарядка" - пролин и глутамат обмениваются протоном, что приводит фермент в активное состояние, а мутант на это не способен. Из этих данных удалось даже определить разницу в электрическом потенциале активного центра обоих вариантов Fpg, которая составила около 30 милливольт. Такое прямое измерение электростатических взаимодействий внутри фермента проведено впервые в мире.
Авторы работы подчеркивают, что их подход легко масштабируется на другие белки, работающие с ДНК, в том числе те, которые связаны с онкологическими заболеваниями. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда и минобрнауки.