Процесс удвоения ДНК столь сложен, что необходима оркестровка более сотни высоко специализированных белков, каждый из которых д. играть свою партию точно, в соотв. момент и в соотв. пространственной ориентации. Это часто сравнивается с изящной хореографией танца молекул. Малейшая ошибка, оставшаяся неисправленной, может иметь смертельные последствия.

Биологами под руководством Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) проф. и HHMI Investigator Leemor Joshua-Tor и CSHL President и проф. Bruce Stillman опубликованы картины с атомным разрешением состоящего из многих частей белкового комплекса, который осуществляет первую ступень в танце геномной репликации. Изображения человеческой версии этого комплекса, наз. ORC -- for origin recognition complex -- представлены в его активном состоянии (mode).

ORC комплексы собираются сами в клеточном ядре и соединяются со специфическими точками, наз. местами старта или источниками, вдоль двойной спирали хромосом. В клетках человека, ORC собираются буквально в тысячах сайтах источниках вдоль всего генома, чтобы сформировать исходную конфигурацию, наз. pre-replication complex или pre-RC. Будучи собранными эти pre-RCs подобно хорошо подготовленным Олимпийским пловцам стоят на стартовых блоках, ожидая стартового сигнала к гонке.

Подобно быстрым пловцам каждый комплекс нуждается в запасе горючим, чтобы использовать свой "мотор", который открывает две нити двойной спирали. В случае ORC это АТФ или аденозин трифосфат. В активной фазе ORC's сборочные узлы, составляющие субъединицы ORC 1,2,3,4 и 5 используют множественные молекулы АТФ и образуют частичных кольцеобразный комплекс. АТФ используются также для рекрутирования др. белкового компонента, наз. CDC6, превращающего открытое кольцо в закрытое кольцо. В это время состоящая из многих частей сборка ангажируется и соединяется с двойной спиралью, которая проходит через центр кольца подобно болту через центр гайки. Кольцо образуется так. чтобы плотно прилегать к ДНК.

ORC был открыт в 1991 в лаб. Stillman's. Выявлено значительное структурное сходство в ORC комплексе у разных организмов, от дрожжей до мух и млекопитающих. Наши новые изображения помогают объяснить, что вызывает отличия в форме между ORC у плодовых мух и людей.

Используя инструменты структурной биологии -- рентгеновскую кристаллографию и криоэлектронную микроскопию (cryo-EM) -- группа показала, что различия аналогичны различиям между стоящими и бегущими персонами. Лучше всего структуру мышиного ORC выяснять в неактивной фазе, тогда как вновь опубликованная структура представляет комплекс в клетках человека в конфигурации, которая предполагается, когда осуществляется его функция -- соединение с ДНК.

Ранние изображения ORC были низкого разрешения и "корявые," говорит Joshua-Tor. Новые изображения проясняют, как АТФ соединяется в позициях в одной из главных частей ансамбля ORC, имея в виду белковые субъединицы, наз. ORC1, ORC4 и ORC5. Это "моторный модуль" ORC's и не может быть стабилизирован на изображениях без АТФ "на борту." Др. основная сборка состоит из ORC2 и ORC3. ORC приобретает свою кольцеобразную конфигурацию, когда рекрутируется белок CDC6, проскальзывая между субъединицами ORC1 и ORC2.

Изображения высокого разрешения активного человеческого ORC, опубликованные группой помогают решить три основных загадки. "Они помогают нам понять, как ДНК может соединяться с ORC; как используется АТФ топливо; и как мутации в белках комплекса ORC вызывают болезни человека," говорит Joshua-Tor.

Одно из интересных нарушений, вызываемое мутациями в ORC-комплексе, наз. Meier-Gorlin Syndrome, который вызывает тяжелую карликовость (низкий рост) и микроцефалию (маленький головной мозг). Группа создала ORC, который содержит мутации его белковых компонентов, обнаруживаемые у пациентов с Meier-Gorlin синдромом. "Мы установили, что одна из этих мутаций убивает полностью активность АТФ," сообщил Joshua-Tor, тем самым нарушается роль ORC в репликации генома. Дети с этой мутацией имеют одну нормальную копию и одну дефектную копию, в результате продуцируется половина от необходимых ORC, приводящая к уменьшению размера тела и головного мозга. Др. мутация избыточно активирует ORC 1,4,5 моторный модуль, но при добавлении ORC 2,3 образуется полный комплекс, но менее активный, чем в норме. Структурные детали помогли объяснить, почему возникает Meier-Gorlin Syndrome. Надежное функционирование ORC важно для избегания многих др. болезненных состояний, включая рак. a

Хотя ORC примитивный у дрожжей и сложный у людей оперируют по-разному -- дрожжевой белок стабилен во время клеточного деления, тогда как у человека он динамически собирается и в остальном -- они "удивительно сходны" по важным аспектам.

"Оба очень сходны др. с др. как АТФ-управляемые машины, загружающие кольцеобразный белок на ДНК, ДНК-полимераза загрузчик манжетки показывает, что эти молекулярные машины, загружающие кольцеобразные белки повторно используются на многих стадиях репликации ДНК. Обе они действуют как молекулярные переключатели, гидролизующие энергию АТФ, чтобы закрывать белковые кольца вокруг двойной нити ДНК.