Российские физики исследовали структуру кристаллического комплекса ДНК со стресс-индуцированным белком Dps. Она является основным фактором защиты содержащей ДНК области клетки от неблагоприятных условий, в том числе действия антибиотиков. В ходе исследования ученым впервые удалось детально рассмотреть кристаллический комплекс Dps-ДНК и определить его параметры с помощью метода малоуглового рентгеновского рассеяния и криоэлектронной томографии. В будущем знания, полученные исследователями, помогут преодолеть проблему устойчивости бактерий к антибиотикам и позволят разработать новые фармацевтические препараты. О своей работе ученые сообщили в журнале FEBS Letters. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).
Многие бактерии в ответ на стрессовые условия, такие как окислительный стресс, тепловой шок, воздействие ультрафиолета, радиации и антибиотиков, образуют высокоупорядоченные, энергонезависимые внутриклеточные структуры, которые хорошо защищают ДНК бактериальной клетки. Впервые такая стратегия была выявлена у кишечной палочки в 1992 году. Механизм защиты заключается в совместной кристаллизации ДНК клетки с белком Dps, активная наработка которого в клетке происходит как раз в стрессовых условиях. Несмотря на многочисленные последующие исследования этого механизма, никому не удавалось детально визуализировать комплекс полностью и определить положение ДНК в структуре кристалла. Перед учеными стояла непростая задача определить структуру этого комплекса для дальнейших исследований.
«Для визуализации и определения параметров структуры комплекса Dps-ДНК мы использовали два взаимодополняющих структурных метода: малоугловое рентгеновское рассеяние и криоэлектронная томография. Первый метод позволил проводить быстрый скрининг условий для сокристаллизации белка и ДНК, а также определить параметры кристаллической решетки с высокой степенью точности. С помощью второго мы впервые смогли наблюдать взаимное расположение молекул Dps и ДНК в комплексе. Насколько нам известно, эти методы и подходы никогда раньше не использовались для изучения кристаллов Dps-ДНК. Таким образом, нами были определены условия формирования комплексов, их параметры, размер и тип упаковки», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Любовь Дадинова, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН (Москва).
Объединив данные, полученные с помощью малоуглового рентгеновского рассеяния и криоэлектронной томографии, ученые смогли визуализировать комплекс Dps-ДНК и однозначно определить положение белка и ДНК в комплексе. Физики узнали, что со-кристаллы обладают кристаллической структурой из трех векторов, имеют размеры от 80 до 300 нм и состоят из 3-8 слоев, образованных Dps, чередующихся со слоями параллельно или антипараллельно уложенных цепочек ДНК, вероятно, частично обвивающих белок.
Работа российских ученых в области исследования комплексов Dps-ДНК окажет большое влияние на мировую фармацевтику. Выяснение фундаментальных биохимических, генетических и структурных основ устойчивости микроогранизмов к негативным факторам имеет первостепенное значение для разработки инновационных терапевтических подходов.