מדענים תפסו את התמונות המבניות המפורטות ביותר עד כה של סוג מסוים של תהליך תיקון DNA של חלבון, ממצא שיכול לחשוף דרכים לעכב את ההשפעות של מוטציות BRCA1 ו-BRCA2 שמגבירות את הסיכון לסרטן השד, השחלות וסרטן אחר.
מחקרים קודמים הראו שחלבון בבני אדם בשם RAD52 מבצע תיקון DNA בתאי סרטן חסרי תפקוד דיכוי הגידול של גנים נורמליים של BRCA, מה שמאפשר לתאים לשרוד ולהשתכפל – אינדיקציה שחסימת RAD52 תהרוג תאים אלה.
אבל חסימת RAD52 דורשת הבנה מלאה של פעילויות התיקון שלו, שקשה היה ללכוד אותן אפילו בטכניקות המתוחכמות ביותר. אז צוות המחקר פנה לחלבון אבותיו Mgm101 במיטוכונדריה של שמרים וצפה במספר שלבים מרכזיים בתהליך תיקון ה-DNA שלו, הנקרא חישול DNA חד-גדילי.
הבנה ברורה יותר של האופן שבו משפחת חלבונים זו נקשרת לגדילי DNA ומשדלים אותם יחד לאחר הפסקה מספקת תובנות למטרות תרופות שיכולות לעצור את התהליך בתאי סרטן המוסמכים על ידי גנים שעברו מוטציה של BRCA.
"זה עדיין מנגנון מוצע: רק בגלל שאנחנו רואים את התמונות האלה של התהליך לא אומר שאנחנו יודעים את כל הפרטים, אבל יש לנו את התמונות הטובות ביותר עבור כל חלבון שעושה את החישול החד-גדילי הזה", אמר המחבר הבכיר צ'ארלס בל, פרופסור לכימיה ביולוגית ופרמקולוגיה במכללת אוהיו סטייט לרפואה. "זה ממקד את האסטרטגיות שלנו לפיתוח תרופות."
המחקר מתפרסם היום (27 באפריל 2026) בכתב העת מחקר חומצות גרעיןשקבע את העיתון כמאמר פורץ דרך.
גדילי DNA נשברים בכל יום בכל תא, וזו הסיבה שחלבונים קיימים כדי לתקן את ההפסקות ובדרך אחרת לשמור על תהליכים תאיים לפעול בצורה חלקה. אבל מכיוון שהתיקונים חייבים להתרחש במהירות וחלבונים אנושיים הם לרוב מורכבים יותר מאשר עמיתיהם הקדומים, אפילו ציוד ההדמיה המתקדם ביותר לא יכול לתפוס כל שלב בתהליך.
המעבדה של בל שיתפה פעולה במחקר זה עם המעבדה בראשות הכותבת המשותפת ויקי ויסוצקי, פרופסור אמריטה במדינת אוהיו ויו"ר בית הספר לכימיה וביוכימיה במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה. המעבדה של Wysocki מתמחה בספקטרומטריית מסה מקורית ופוטומטריית מסה, תוך שימוש באור למדידת מסות של מתחמי חלבון-DNA.
טכניקות אלו הראו ש-Mgm101 מורכב ממונומר, או עותק בודד של עצמו, לקומפלקס מולקולרי רב-יחידות גדול הנקרא 19-mer – בעצם, טבעת המורכבת מ-19 עותקים של החלבון.
הטבעת הזו יושבת שם כתבנית כך שהגדיל הראשון של ה-DNA יכול לרדת, ואז הגדיל השני בא ומתחיל להיות חישול לגדיל הראשון."
ויקי ויסוצקי, פרופסור אמריטה במדינת אוהיו
ממצאים אלה נתמכו במה שקבעה המעבדה של בל באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני קריוגני, תוך התבוננות במבנים צפים בתמיסה וקפואים בשכבה דקה של קרח.
המבנים ברזולוציה גבוהה הראו שלבים מרובים של התהליך: טבעת 19-מר עם גדיל יחיד של DNA מחובר (סובסטרט), כשהגדיל השני נמצא במקומו עבור חישול (דופלקס ביניים), ולאחר שחרור ה-DNA המתוקן, הנראה כיצירת DNA סליל כפול קלאסי (מוצר בצורת B).
"מבנים ברזולוציה גבוהה של RAD52 נקבעו עם DNA חד-גדילי, אך לא עם שני ה-DNAs שהוא מנסה לחשל", אמר בל. "התפקיד שלו הוא לקשור דנ"א חד-גדילי ולחדד אותו לרצף המשלים שלו. הוא נלכד מבחינה מבנית, אבל רק בכמה מצבים הרלוונטיים לתגובה.
"כאן, יש לנו יותר מצבים לאורך המסלול המלא מהמצע, לתווך ולתוצר. ותוצר הביניים הדופלקס הוא קונפורמציה שמעולם לא נראתה לפני כן – כשהחלבון קושר את ה-DNA הראשון סביב הטבעת, הוא נקשר רק על ידי עמוד השדרה הסוכר-פוספט שלו, כשבסיסי הנוקלאוטידים מצביעים כלפי מעלה ולחשוף אותו במלואו ולהפריד אותו, כך שהם יכולים להרחיב אותו לחלוטין. נפרש, וזה עגול."
בל אמר שהתחום לא היה בטוח אם מנגנון זה מתבצע עם טבעת חלבון אחת או שתיים משתתפות, אך הממצאים הללו מראים שהתהליך מנוהל על ידי קומפלקס מולקולרי יחיד – ולכן, חישול חד-גדילי צפוי להיות משומר cis מַנגָנוֹן.
הצוות מתכנן לנסות ללכוד את אותם שלבים של תהליך תיקון ה-DNA עם RAD52 מבני אדם, תוך שימת דגש מיוחד על תוצר הביניים הדופלקס, ולהרחיב את תפקידה של ספקטרומטריית מסה בקביעת האופן שבו ה-DNA נקשר לחלבון.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב והמכונים הלאומיים לבריאות. נתוני ה-cryo-EM נאספו במרכז למיקרוסקופיה וניתוח אלקטרונים של מדינת אוהיו ועובדו באמצעות מרכז מחשבי העל של אוהיו.
קרטר ווייט ממדינת אוהיו וזיהאו צ'י, לשעבר ממדינת אוהיו וכיום בג'ורג'יה טק, הם מחברי המחקר הראשונים. מחברים שותפים נוספים כוללים תלמיד תיכון מטרו מיקדד חוסיין וקתרינה זכרובה, לשעבר ממדינת אוהיו וכיום ב-CAS.
