Введение

Класс ферментов

RecQ-геликаза – это семейство ферментов геликаз, впервые обнаруженное у Escherichia coli, которое играет важную роль в поддержании генома. Они функционируют, катализируя реакцию АТФ + H2O → АДФ + Ф и тем самым обеспечивая раскручивание двухцепочечной ДНК и транслокацию в направлении 3' → 5'. Эти ферменты также могут катализировать реакцию NTP + H2O → NDP + Ф, обеспечивая раскручивание ДНК или РНК.

Функция

В прокариотах RecQ необходим для рекомбинации плазмид и восстановления ДНК, поврежденной ультрафиолетовым излучением, свободными радикалами и алкилирующими агентами. Этот белок также способен устранять последствия ошибок репликации. У эукариот репликация не протекает нормально при отсутствии белков RecQ, которые также участвуют в процессах старения, подавления активности генов, рекомбинации и восстановления ДНК.

Клиническое значение

Есть по крайней мере пять человеческих генов RecQ, и мутации в трех из них связаны с наследственными заболеваниями человека: ген WRN при синдроме Вернера (WS), ген BLM при синдроме Блума (BS) и RECQL4 при синдроме Ротмунда-Томсона. Эти синдромы характеризуются преждевременным старением и могут приводить к развитию рака, диабета 2 типа, остеопороза и атеросклероза – заболеваний, часто встречающихся в пожилом возрасте. Эти заболевания сопровождаются высокой частотой хромосомных аномалий, включая хромосомные переломы, сложные перестройки, делеции и транслокации, мутации в определенных участках генома, и, в частности, обмены сестринскими хроматидами (более распространённые при BS), которые предположительно вызваны повышенным уровнем соматической рекомбинации.

Механизм

Для правильного функционирования RecQ-геликаз необходимо специфическое взаимодействие с топоизомеразой III (Топ 3). Топ 3 изменяет топологическое состояние ДНК, связываясь с одноцепочечной ДНК и разрывая ее, а затем пропуская через временный разрыв либо одноцепочечный, либо двухцепочечный участок ДНК и, наконец, осуществляя религацию разрыва. Взаимодействие RecQ-геликазы с топоизомеразой III в N-концевом регионе участвует в подавлении спонтанной и индуцированной повреждениями рекомбинации, и отсутствие этого взаимодействия приводит к летальному или крайне тяжелому фенотипу. Все более четко становится ясно, что RecQ-геликазы, действуя совместно с Top 3, участвуют в поддержании геномной стабильности и целостности, контролируя события рекомбинации и восстанавливая повреждения ДНК в фазе G2 клеточного цикла. Важность RecQ для геномной целостности подтверждается заболеваниями, возникающими вследствие мутаций или нарушений в работе RecQ-геликаз; таким образом, для обеспечения нормального роста и развития человека крайне важно, чтобы RecQ присутствовал и функционировал должным образом.

Геликаза WRN

Геликаза синдрома Вернера, зависимая от АТФ (WRN-геликаза), отличается от других геликаз семейства RecQ наличием дополнительной экзонуклеазной активности. WRN взаимодействует с ДНК-PKcs и комплексом белка Ku. Это наблюдение, в сочетании с данными о том, что клетки с дефицитом WRN демонстрируют обширные делеции в местах соединения негомологичных концов ДНК, указывает на роль белка WRN в процессе репарации ДНК при негомологичном соединении концов (NHEJ). WRN также физически взаимодействует с основным фактором NHEJ – X4L4 (комплексом XRCC4 ДНК-лигазы 4). X4L4 стимулирует экзонуклеазную активность WRN, что, вероятно, облегчает обработку концов ДНК перед окончательной лигацией, осуществляемой X4L4. Представлены данные о том, что WRN играет прямую роль в восстановлении повреждений ДНК, индуцированных метилированием. В этом процессе, вероятно, участвуют геликазная и экзонуклеазная активности WRN, действующие совместно с ДНК-полимеразой бета при длительном удалении основания. Было установлено, что WRN выполняет специфическую роль в предотвращении или восстановлении повреждений ДНК, вызванных хроническим окислительным стрессом, особенно в медленно реплицирующихся клетках. (см. теорию повреждения ДНК в процессе старения).

BLM вертолет

Клетки людей с синдромом Блума чувствительны к повреждающим ДНК агентам, таким как УФ-излучение и метилметансульфонат, что указывает на дефицит способности к восстановлению ДНК. В дрожжах *Saccharomyces cerevisiae* кодируется ортолог белка синдрома Блума (BLM), обозначаемый Sgs1 (малый супрессор роста 1). Sgs1(BLM) – это геликаза, функционирующая в гомологичном рекомбинационном восстановлении разрывов двойных нитей ДНК. Геликаза Sgs1(BLM), по-видимому, является центральным регулятором большинства рекомбинационных событий, происходящих во время мейоза *S. cerevisiae*. Во время нормального мейоза Sgs1(BLM) отвечает за направление рекомбинации к альтернативному образованию либо ранних некроссоверных, либо соединений Холлидея, последние из которых впоследствии разрешаются в виде кроссоверов. Считается, что эти геликазы вытесняют инвадирующую цепь, позволяя ей отжигать с другим 3'-концом разрыва двойной нити, что приводит к образованию некроссоверных рекомбинантов посредством процесса, называемого отжигом зависимой от синтеза цепи (SDSA) (см. статью Википедии «Генетическая рекомбинация»). По оценкам, только около 5% разрывов двойных нитей восстанавливаются посредством кроссоверной рекомбинации. Sequela Arnaud и др. мыши с мутациями в гене *RECQL4* также демонстрируют признаки ускоренного старения. RECQL4 играет решающую роль в резекции концов ДНК, являющейся начальным этапом, необходимым для восстановления разрывов двойных нитей, зависимого от гомологичной рекомбинации (HR). При истощении RECQL4 восстановление, опосредованное HR, и 5'-резекция значительно снижаются *in vivo*. RECQL4 также необходим для других форм восстановления ДНК, включая негомологичное соединение концов, иссечение нуклеотидов и иссечение оснований. Связь дефицита восстановления ДНК, опосредованного RECQL4, с ускоренным старением согласуется с теорией повреждения ДНК в процессе старения.