Международная группа исследователей с помощью суперкомпьютера Summit смоделировала сложный процесс восстановления поврежденной ДНК на молекулярном уровне. Это достижение может стать ключом к созданию новых методов лечения рака и замедления процессов старения.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, раскрывает детальный механизм работы эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) — универсального клеточного процесса, устраняющего повреждения ДНК, вызванные ультрафиолетовым излучением, табачным дымом и другими канцерогенами. Особое внимание ученые уделили предразрезному комплексу (PInC), играющему критическую роль в регуляции финальных стадий восстановления.
Нас интересует, как клетки восстанавливают генетический материал. NER — это универсальный путь, который восстанавливает все виды различных повреждений ДНК с помощью трехэтапного процесса, опирающегося на тонко сбалансированный молекулярный механизм. К сожалению, могут развиться вредные мутации, которые мешают этому механизму и вызывают серьезные заболевания человека.
Ивайло Иванов, профессор химии Университета штата Джорджия и соавтор исследования
Суперкомпьютер Summit, способный выполнять 200 000 триллионов вычислений в секунду, позволил ученым смоделировать весь NER-процесс, который оказался схожим с работой слаженной медицинской бригады.
На первом этапе белок XPC выступает в роли «первого респондента», обнаруживающего повреждение и вызывающего другие белки. На втором этапе комплекс TFIIH «сканирует» поврежденный участок, готовя его к восстановлению. Наконец, в третьей фазе белки XPF и XPG действуют как «молекулярные ножницы», вырезая поврежденный сегмент, после чего синтезируется новая ДНК, заполняющая образовавшийся пробел.
Для построения точной компьютерной модели процесса исследователи интегрировали данные криоэлектронной микроскопии с предсказаниями нейросети AlphaFold2. Затем с использованием программного обеспечения Nanoscale Molecular Dynamics (NAMD) на суперкомпьютере Summit провели масштабные симуляции взаимодействия миллионов атомов в микросекундном временном масштабе.
Результаты исследования важны для понимания генетических нарушений, таких как пигментная ксеродерма (повышенная чувствительность к ультрафиолету и предрасположенность к раку кожи) и синдром Коккейна (нарушение роста и развития, ускоренное старение). Эти состояния возникают из-за мутаций в ключевых белках NER-процесса.
Читать далее:
Назван продукт, который меняет поведение детей
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Недостаток секса и низкое либидо у мужчин сокращает их жизнь — исследование
Изображение на обложке: Tanmoy Paul, Georgia State University