スーパーコンピュータ「Summit」がDNA損傷修復の分子構造を解析(Summit supercomputer draws molecular blueprint for repairing damaged DNA)

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2025-03-12 オークリッジ国立研究所

ジョージア州立大学の研究者たちは、オークリッジ国立研究所(ORNL)のスーパーコンピューター「Summit」を活用し、DNA損傷を修復する分子経路であるヌクレオチド除去修復(NER)の詳細なモデルを構築しました。 NERは、紫外線やタバコの煙などの発がん性物質によるDNA損傷を修復する主要なメカニズムであり、そのプロセスは3つの段階に分かれます。まず、XPCタンパク質が損傷部位を認識し、DNA二重らせんをねじって損傷を露出させます。次に、TFIIHと呼ばれる複合体がDNAをさらに解きほぐし、損傷を検証します。最後に、損傷部分が切除され、新しいDNAが合成されます。この研究では、特に後半の段階で重要な役割を果たす「プレ切開複合体(PInC)」のコンピュータモデルを作成し、NERの精密なメカニズムを解明しました。この知見は、早期老化や特定のがんなどの疾患の新たな治療法の開発に寄与する可能性があります。

<関連情報>

核酸切断修復におけるプレインシジョン複合体の分子構造と機能ダイナミクスを解明 Molecular architecture and functional dynamics of the pre-incision complex in nucleotide excision repair

Jina Yu,Chunli Yan,Tanmoy Paul,Lucas Brewer,Susan E. Tsutakawa,Chi-Lin Tsai,Samir M. Hamdan,John A. Tainer & Ivaylo Ivanov
Nature Communications  Published:01 October 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-52860-y

スーパーコンピュータ「Summit」がDNA損傷修復の分子構造を解析(Summit supercomputer draws molecular blueprint for repairing damaged DNA)

Abstract

Nucleotide excision repair (NER) is vital for genome integrity. Yet, our understanding of the complex NER protein machinery remains incomplete. Combining cryo-EM and XL-MS data with AlphaFold2 predictions, we build an integrative model of the NER pre-incision complex(PInC). Here TFIIH serves as a molecular ruler, defining the DNA bubble size and precisely positioning the XPG and XPF nucleases for incision. Using simulations and graph theoretical analyses, we unveil PInC’s assembly, global motions, and partitioning into dynamic communities. Remarkably, XPG caps XPD’s DNA-binding groove and bridges both junctions of the DNA bubble, suggesting a novel coordination mechanism of PInC’s dual incision. XPA rigging interlaces XPF/ERCC1 with RPA, XPD, XPB, and 5′ ssDNA, exposing XPA’s crucial role in licensing the XPF/ERCC1 incision. Mapping disease mutations onto our models reveals clustering into distinct mechanistic classes, elucidating xeroderma pigmentosum and Cockayne syndrome disease etiology.

医療・健康
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