КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-74-00072
НазваниеИсследование механизмов действия белка RecN - когезин-подобного компонента бактериального SOS- ответа
Руководитель Морозова Наталия Евгеньевна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков
Ключевые слова RecN, гомологическая рекомбинация, репарация ДНК, SOS-ответ, белки SMC, оптический захват, флуоресцентная микроскопия
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на детальное изучение функции и механизма действия белка RecN. RecN является одним из факторов SOS-ответа - процесса, возникающего в бактериальной клетке в ответ на повреждение ДНК. Причиной таких повреждений, в частности, может быть облучение излучением УФ-диапазона или воздействие различного рода антибактериальных агентов. Результатом активации SOS-ответа может являться точное восстановление поврежденных участков ДНК, а также адаптация бактерии к повреждающему воздействию, за счет повышенного мутагенеза в клетках бактерий. Важно отметить, что за счет этого SOS-ответ представляет собой основной механизм адаптации бактерий к
действию антибиотиков.
Белок RecN экспрессируется и действует на ранней стадии SOS-ответа, и согласно данным, полученным in vivo, является одним из ключевых факторов успешного протекания данного процесса. Установлено, что RecN относится к SMC-белкам (Structural Maintenance of Chromosomes) - семейству АТФаз, принимающих участие в динамическом
регулировании организации структуры хромосом. SMC-белки обладают высокой консервативностью как среди прокариот, так и эукариот. К данному семейству в частности относятся белки, входящие в эукариотические комплексы Когезин, Конденсин и SMC5/6, бактериальные комплексы MukBEF и SMC/ScpAB.
Примечательно, что согласно современным представлениям белок RecN бактерий представляет собой самостоятельный комплекс, предположительно образованный двумя мономерами белка. Несмотря на то, что RecN выполняет важную роль в клетках бактерий, его функции и механизм действия остаются неясными. На данный момент известно, что RecN привлекается к центрам репарации ДНК вместе с белком RecA, который является основным ферментом гомологической репарации и активатором SOS-ответа бактерий. RecA стимулирует ДНК-зависимую АТФазную активность RecN, а RecN в свою очередь стимулирует процесс гомологического переноса нитей - одну из ключевых функций белка RecA. Было установлено, что в условиях in vitro RecN B. subtilis взаимодействует с концевыми участками однонитевой ДНК и никированными участками двунитевой ДНК, а в присутствии АТФ способен взаимодействовать с несколькими молекулами ДНК и образовывать из них петли. Недавно для RecN E. coli было установлено, что данный белок схож с эукариотическими SMC комплексами и способен топологически загружаться на ДНК, образуя кольце-подобный комплекс, внутри которого может находиться как двунитевая, так и однонитевая ДНК.
В основе SMC комплексов лежит кольце-подобная архитектура, образованная димеризацией двух очень длинных (более 50 нм) сверспиральных (coiled-coil) субъединиц, взаимодействие которых приводит к образованию АТФазного сайта, способного связывать две молекулы АТФ. За последние несколько лет понимание функций других важных
белков семейства SMC (Когезина, Конденсина) значительно продвинулось за счет получения структур с высоким разрешением и успешной in vitro характеризации их ДНК-связывающей активности, в том числе на уровне индивидуальных молекул. Было установлено, что данные комплексы представляют собой новый класс ДНК моторов,
способных использовать энергию гидролиза АТФ для активной организации ДНК за счет транслокации и выпетливания (loop extrusion). Однако механизмы работы этих важных комплексов, роль связывания ДНК и гидролиза АТФ в их сложных конформационных переходах, и даже сайты ДНК-связывания на данный момент остаются неизвестными. В
связи с этим представляется перспективным проведение детального комплексного исследования RecN с использованием самых современных подходов как in vitro, так и in vivo.
В рамках данного проекта планируется комплексное изучение взаимодействия RecN c ДНК различной топологии и взаимодействия RecN c комплексами RecA-ДНК как на уровне индивидуальных молекул. Для этого помимо стандартных биохимических методов будут использованы методы оптического захвата и акустической силовой спектроскопии, позволяющие проводить измерения механических свойств индивидуальных молекул ДНК и ДНК-белковых комплексов, наблюдать динамику изменений этих свойств в режиме реального времени и проводить динамическую флуоресцентную визуализацию изучаемых молекул.
Результаты данных исследований должны будут позволить определить механизмы действия белка RecN, его функцию и роль в процессе SOS-ответа. Актуальность данного проекта обусловлена тем, что полученные новые данные расширят фундаментальные знания не только о функциональной активности белка RecN, но и о SMC-белках в целом, так как согласно современным представлениям белки этого семейства могут обладать схожими механизмами действия.
Установление новых деталей реализации и регуляции бактериального SOS-ответа будут способствовать разработке эффективных способов подавления данного процесса с целью борьбы с адаптацией патогенных бактерий к антибиотикам. На данный момент это является острой и одной из самых важных проблем медицины и фармакологии.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ