Ученые исследовали белок Dsup, который связан с устойчивостью тихоходки Ramazzottius varieornatus к радиации, и выяснили, что он образует «кокон» вокруг нитей ее ДНК. Еще у одного вида тихоходок исследователи тоже нашли белок с аналогичным строением и функциями. В поисках похожих белков у других групп организмов они обнаружили, что некоторые участки белка Dsup напоминают белки HMGN, которые встречаются только у позвоночных, а у других животных их аналогов нет. Причины этого пока неясны, пишут ученые в журнале eLife.
Тихоходки известны своим умением впадать в ангидробиоз (то есть высыхать, а если точнее — «стекленеть») и переживать самые разные экстремальные условия: от перепадов температур до выхода в открытый космос. В частности, они способны выдержать до 1000 летальных для человека доз ионизирующего излучения.
В поисках секрета устойчивости тихоходок к радиации японские ученые расшифровали геном одного из видов — R. varieornatus — и обнаружилитам ряд уникальных для этих животных генов. Один из них кодирует белок Dsup (от англ. damage suppressor, снижающий вред), а когда его ввели в клетки человека, оказалось, что они тоже могут приобрести дополнительную устойчивость к действию излучения: в их ДНК образовалось в два раза меньше разрывов. Поэтому исследователи заключили, что Dsup каким-то образом защищает ДНК от повреждений.
Об этом исследовании узнал американец Малаккар Вохрыжек (Malakkar Vohryzek), историю которого недавно рассказали журналисты STAT. Вохрыжек страдает гиперчувствительностью к ультрафиолету, поэтому каждый выход под открытое солнце приносит ему новые родинки, которые угрожают превратиться в меланомы. Вохрыжек воодушевился результатами японских ученых и решил, что Dsup может спасти его от болезни. Сейчас он рассылает письма ученым, биохакерам и биотехнологическим компаниям с просьбой отредактировать его геном и внести туда ген, который кодирует Dsup. Пока на его призывы никто не откликнулся, зато ученые из Калифорнии нашли чем-то похожие на Dsup белки в клетках человека.
Каролина Чавес (Carolina Chavez) и ее коллеги из Калифорнийского университета предположили, что Dsup выполняет свою защитную функцию, непосредственно связываясь с нитями ДНК. Чтобы это проверить, они смешали в растворе молекулы ДНК и Dsup, а затем проверили скорость их движения в геле: ДНК с Dsup «ползла» гораздо медленнее, чем чистая проба ДНК, а значит, вещества связались друг с другом. При этом Dsup взаимодействовал не только с «голой» ДНК, но и с ДНК в составе нуклеосом — в том виде, в котором она находится в клетках эукариот.
Затем исследователи решили проверить, есть ли похожие белки у других тихоходок. Они взяли для примера вид Hypsibius exemplaris, который тоже способен впадать в ангидробиоз. Два года назад его геном отсеквенировали и нашли там ген, который кодировал Dsup-подобный белок: 26,4 процента аминокислот у него оказались общими с Dsup. Ученые сравнили гены, которые кодируют Dsup и его аналог, и обнаружили, что рядом с ними в хромосомах у обоих видов расположены одни и те же гены. Аналог Dsup у H. exemplaris тоже оказался способен связывать ДНК, из чего авторы работы заключили, что эти два белка — ортологи, то есть обладают общими происхождением и функцией.
Далее ученые смоделировали «атаку» на ДНК в пробирке. Они добавляли ДНК в раствор, где шла реакция с выделением гидроксильных радикалов — химически активных веществ, которые образуются в клетках как под действием излучения, так и при окислительном стрессе. В тех пробах, куда добавляли еще и Dsup или его ортолог, разрывов в ДНК было значительно меньше, чем в тех, где защитных белков не оказалось. Таким образом исследователи подтвердили, что Dsup напрямую связывается с ДНК и защищает ее от радикалов.
Известно, что в составе белка Dsup много аминокислот серина, аланина, глицина и лизина. Эти аминокислоты мешают белковой нити сформировать плотный комок, и структура белка остается неупорядоченной. Поэтому ученые предположили, что Dsup обволакивает ДНК, как кокон, и защищает ее — как в высушенном состоянии, так и в растворе.
Наконец, исследователи решили проверить, есть ли аналогичные белки у других организмов. Они обнаружили похожую последовательность только в белках группы HMGN (high mobility group nucleosome-binding) — это регуляторные белки, которые встречаются только у позвоночных. Общим у Dsup и HMGN оказался участок, с помощью которого белки связываются с ДНК. Когда ученые удалили его из молекулы Dsup, белок тут же потерял свою активность и не смог защитить ДНК от гидроксильных радикалов.
Откуда у тихоходок и позвоночных взялся общий участок белка, которого нет у других групп организмов, пока неясно. Авторы работы не исключают, что это может быть результатом конвергенции, но вероятность такого события считают крайне малой.
Тем не менее, исследователи рассчитывают, что более подробное изучение свойств Dsup может помочь «усовершенствовать» клеточные культуры, чтобы те, например, легче переносили хранение и транспортировку и не накапливали повреждения в своей ДНК. О применении же в живых организмах — чего так хотелось бы Малаккару Вохрыжеку — речь пока не идет.