نخستین تصاویر اتمی از آنزیم ترمیم DNA انسان ثبت شد

پژوهشگران برای نخستین بار موفق شدند تصاویری در سطح اتمی از آنزیم انسانی SMUG۱ یکی از اجزای حیاتی سامانه ترمیم DNA ثبت کنند؛ دستاوردی که می‌تواند به درک بهتر سازوکار‌های حفظ پایداری ژنتیکی و توسعه دارو‌های جدید برای درمان سرطان منجر شود.

به گزارش interestingengineering، DNA در تمامی سلول‌های بدن به طور مداوم در معرض آسیب قرار دارد. این آسیب‌ها می‌توانند در نتیجه فرآیند‌های طبیعی سلولی عوامل محیطی یا حتی برخی درمان‌های سرطان ایجاد شوند. در صورتی که این آسیب‌ها ترمیم نشوند ممکن است به جهش‌های دائمی ژنتیکی و بروز بیماری‌های مختلف منجر شوند.

در همین راستا گروهی از پژوهشگران توانسته‌اند برای نخستین بار ساختار سه‌بعدی و جزئیات اتمی آنزیم انسانی SMUG۱ را مشاهده و بررسی کنند. این آنزیم بخشی از سامانه کنترل کیفیت سلول به شمار می‌رود و وظیفه شناسایی و حذف برخی از اجزای آسیب‌دیده DNA را بر عهده دارد.

نتایج این پژوهش که در نشریه Nature Communications منتشر شده است نشان می‌دهد SMUG۱ چگونه خطا‌های مولکولی را در DNA تشخیص داده و آنها را حذف می‌کند. دانشمندان معتقدند این یافته‌ها می‌تواند مسیر طراحی دارو‌هایی را هموار کند که به طور اختصاصی این مسیر ترمیمی را هدف قرار می‌دهند.

نقش حیاتی SMUG۱ در حذف آسیب‌های ژنتیکی

یکی از مهم‌ترین وظایف این آنزیم حذف یوراسیل و برخی باز‌های آسیب‌دیده مشابه از DNA است. یوراسیل به طور طبیعی یکی از چهار باز نوکلئوتیدی موجود در RNA محسوب می‌شود، اما حضور آن در DNA می‌تواند موجب بروز خطا‌های ژنتیکی شود. از این رو حذف سریع و دقیق این مولکول برای حفظ سلامت ژنوم ضروری است.

اگرچه نقش مهم SMUG۱ در فرآیند ترمیم DNA سال‌هاست شناخته شده، اما تاکنون ساختار سه‌بعدی آن در دسترس نبود. پژوهشگران در مطالعه جدید موفق شدند این آنزیم را در چندین حالت مختلف تصویربرداری کنند از جمله زمانی که به تنهایی حضور دارد هنگامی که به یوراسیل متصل شده است زمانی که با ترکیب ۵-فلورواوراسیل برهم‌کنش دارد و همچنین در شرایط اتصال به DNA دو رشته‌ای.

ارتباط مستقیم با زیست‌شناسی سرطان

یکی از جنبه‌های مهم این مطالعه بررسی تعامل SMUG۱ با ۵-فلورواوراسیل (۵-FU) است؛ داروی شیمی‌درمانی شناخته‌شده‌ای که به طور گسترده برای درمان انواع سرطان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

زمانی که این دارو در ساختار DNA ادغام می‌شود آنزیم SMUG۱ در حذف آن نقش ایفا می‌کند. به همین دلیل این آنزیم در تقاطع دو حوزه مهم یعنی ترمیم DNA و زیست‌شناسی سرطان قرار دارد. پژوهشگران معتقدند اطلاعات ساختاری جدید می‌تواند نقطه آغاز طراحی دارو‌هایی باشد که عملکرد SMUG۱ را به صورت هدفمند تنظیم یا مهار کنند.

دستیابی به نخستین ساختار ترکیبی نوترونی و پرتو ایکس از یک پروتئین متصل‌شونده به DNA

یکی دیگر از دستاورد‌های مهم این پروژه دستیابی به نخستین ساختار ترکیبی مبتنی بر پراش نوترونی و پرتو ایکس از یک پروتئین متصل‌شونده به DNA بود.

هس استنمارک از پژوهشگران این پروژه در توضیح اهمیت این دستاورد گفت: این روش اطلاعات ارزشمندی درباره موقعیت پروتون‌ها و شبکه پیوند‌های هیدروژنی در محل فعال آنزیم فراهم می‌کند؛ جزئیاتی که معمولا با استفاده از بلورنگاری پرتو ایکس به تنهایی به سختی قابل مشاهده هستند.

همکاری بین‌المللی و نقش منبع نوترونی قدرتمند اروپا

این پژوهش با مشارکت دانشمندانی از دانشگاه اوپسالا، مؤسسه کارولینسکا، موسسه لاو-لانژون (ILL)، منبع اسپالیشن اروپا (ESS) و دانشگاه استکهلم انجام شده است.

استنمارک همچنین تاکید کرد که این یافته در زمانی بسیار مناسب به دست آمده است، زیرا در حال حاضر منبع اسپالیشن اروپا (ESS)، قدرتمندترین منبع نوترونی جهان، در سوئد در حال ساخت است و بهره‌برداری از آن فرصت‌های گسترده‌ای را برای انجام مطالعات مشابه در آینده فراهم خواهد کرد.

زمینه‌سازی برای توسعه درمان‌های آینده

پژوهشگران در جمع‌بندی این مطالعه اعلام کردند که تصاویر اتمی جدید نمایی بی‌سابقه از نحوه عملکرد آنزیم SMUG۱ در ترمیم DNA آسیب‌دیده ارائه می‌دهد. این اطلاعات نه‌تنها شناخت دانشمندان از سازوکار‌های حفظ پایداری ژنتیکی را افزایش می‌دهد بلکه می‌تواند مبنای ارزشمندی برای توسعه نسل جدیدی از درمان‌های هدفمند علیه سرطان و سایر بیماری‌های مرتبط با آسیب DNA باشد.