ИСТИНА

Основной целью проекта является детальное исследование влияния ДНК-квадруплексов на функционирование бактериальных систем репарации «мисматчей», содержащих и не содержащий белок MutH.

According to the present-day knowledge, DNA G-quadruplexes (G4) formed as a result of conformational reorganization of G-rich regions play a vital role in regulation of the cellular processes such as replication, transcription, mutagenesis, and DNA repair. From the other hand, the formation of these non-canonical DNA forms may cause genome permutations, mutations, double strand breaks and other changes associated with different pathological conditions. It is interesting that G4-structures by themselves can be recognized by mismatch repair systems as DNA damage. DNA mismatch repair (MMR) systems are ubiquitous enzymes present in the organisms from bacteria to human. After MutS protein recognizes mismatch in DNA and MutS-MutL complex is formed, the hydrolysis of phosphodiester bond takes place and it further serves as a trigger for DNA repair. In the cells of gamma-proteobacteria, including E. coli, the hydrolysis of a daughter strand is performed by MutH protein, whereas in other bacteria and eukaryotes ‒ by MutL homologs. Recently, the MutS ability to recognize and effectively bind G4-structures was demonstrated. However, the mechanism and functional outcome of these processes remain unclear. There is also no literature data about G4 interaction with other key proteins of MMR system ‒ MutL and MutH. The main task of the present project is studying the G-quadruplexes influence on functioning of MMR proteins that are responsible for DNA repair initiation. We plan to construct the unique DNA systems that will mimic the G4 structures of the genome, to optimize the known methods of DNA-protein interaction analysis. The MMR proteins of interest will be originated from different bacteria: E. coli, R. sphaeroides and N. gonorrhoeae. Taking into consideration the conservative nature of MMR system, the obtained data can be further used for understanding the main steps of MMR functioning in eukaryotic cells. We also plan to develop a new method of G4 detection in the long double-stranded DNA using the new information about MutS interaction with G-quadruplexes.

Согласно современным представления, G-квадруплексы (G4) ДНК, образующиеся в результате конформационных перестроек G-богатых участков двойной спирали, играют важную роль в регуляции ключевых клеточных процессов, таких как репликация, транскрипция, мутагенез и репарация повреждений. С другой стороны, образование таких неканонических форм ДНК вызывает геномные перестановки, мутации, двухцепочечные разрывы и др., связанные с патологическими состояниями организма. Интересно, что сами G4-структуры могут рассматриваться системами репарации ДНК как повреждения двойной спирали. В живых организмах от бактерий до человека существует система репарации ДНК-«мисматчей» (MMR). Сигналом для репарации является гидролиз фосфодиэфирной связи в дочерней цепи ДНК, который происходит после узнавания «мисматча» белком MutS и образования комплекса MutS-MutL. В клетках гамма-протеобактерий, в том числе E. coli, разрыв в дочернюю цепь ДНК вносит белок MutH, а в эукариотах и остальных типах бактерий - гомологи MutL. Недавно стало известно, что белок MutS способен узнавать и эффективно связывать G4-структуры, однако остается неясным вопрос о механизме и функциональных последствиях этого процесса. Также в литературе отсутствует информация о взаимодействии G4 с другими ключевыми белками системы репарации MMR: MutL и MutH. Основной задачей проекта является изучение влияния G-квадруплексов ДНК на функционирование белков системы MMR, отвечающих за инициацию репарации. В ходе работы предполагается сконструировать оригинальные ДНК-системы, имитирующие возникающие G4-структуры в геноме, оптимизировать существующие методики анализа ДНК-белковых взаимодействий с участием белков системы репарации MMR из трех разных микроорганизмов: E. coli, R. sphaeroides и N. gonorrhoeae. Учитывая консервативность системы MMR, данные, полученные в ходе исследования свойств бактериальных белков этой системы, могут быть использованы для реконструкции основных этапов функционирования системы MMR в эукариотических клетках. Также, базируясь на особенностях взаимодействия белка MutS с G-квадруплексами, планируется разработать новый метод детекции G4 в протяженных двойных спиралях ДНК.