$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Odpowiedź komórkowa na pęknięcia podwójnej nici jest dobrze udokumentowana dzięki kolejnym coraz skuteczniejszym metodom kierowania przerw do określonych miejsc genomowych1,2,3. Pewność lokalizacji umożliwia jednoznaczną charakterystykę białek i innych czynników, które gromadzą się w tym miejscu i uczestniczą w odpowiedzi na uszkodzenie DNA (DDR), napędzając w ten sposób szlaki niehomologicznego łączenia końców (NHEJ) i rekombinacji homologicznej (HR), które naprawiają pęknięcia. Oczywiście, wiele przerw jest wprowadzanych przez czynniki takie jak promieniowanie i związki chemiczne, które nie atakują określonych sekwencji4. Jednak dla nich dostępne są procedury, które mogą przekształcić końce w struktury nadające się do tagowania i lokalizacji5,6. Przerwy są również wprowadzane przez procesy biologiczne, takie jak przegrupowanie immunoglobulin, a najnowsza technologia pozwala również na ich lokalizację7. Następnie można określić związek między odpowiadającymi czynnikami a tymi miejscami.
Przerwy pojawiają się również jako pośrednia konsekwencja adduktów tworzonych przez związki, które nie są nieodłącznymi łamaczami, ale zakłócają transakcje DNA, takie jak transkrypcja i replikacja. Mogą powstać jako cecha odpowiedzi komórkowej na te przeszkody, być może podczas naprawy lub dlatego, że prowokują strukturę podatną na atak nukleazy. Zazwyczaj fizyczny związek między przywodzeniem, pęknięciem i powiązaniem z czynnikami reagującymi jest wywnioskowany. Na przykład ICL są tworzone przez chemioterapeutyki, takie jak cisplatyna i mitomycyna C8 oraz jako produkt reakcji abasic sites9. ICL są dobrze znane jako silne bloki do replikacji widełek10, tym samym blokując widełki, które mogą zostać rozszczepione przez nukleazy11. Wiązanie kowalencyjne między niciami jest często łagodzone przez szlaki, które mają obligatoryjne przerwy jako produkty pośrednie12,13, co wymaga rekombinacji homologicznej w celu odbudowania replikacji fork14. W większości eksperymentów badacz śledzi reakcję czynników będących przedmiotem zainteresowania na pęknięcia, które powstają po zderzeniu widełek replikacyjnych z ICL. Ponieważ jednak nie ma technologii pozwalającej na lokalizację zmiany prowokacyjnej, można jedynie przypuszczać bliskość replikosmu i jego części składowych do ICL.
Opracowaliśmy strategię umożliwiającą analizę powiązań białek z kowalencyjnymi adduktami niespecyficznymi dla sekwencji, zilustrowaną tutaj za pomocą ICL. W naszym systemie są one wprowadzane przez psoralen, fotoaktywny produkt naturalny stosowany od tysięcy lat jako środek terapeutyczny na choroby skóry15. Nasze podejście opiera się na dwóch ważnych cechach psoralensów. Pierwszym z nich jest wysoka częstotliwość tworzenia się usieciowania, która może przekraczać 90% adduktów, w przeciwieństwie do mniej niż 10% tworzonych przez popularne związki, takie jak cisplatyna lub mitomycyna C8,16. Drugim jest dostępność związku do koniugacji bez utraty zdolności do sieciowania. Kowalencyjnie połączyliśmy psoralen trimetylowy z digoksygeniną (Dig), od dawna uznanym znacznikiem immunologicznym. Umożliwia to wykrycie adduktów psoralenu w genomowym DNA poprzez barwienie immunologiczne znacznika Dig i wizualizację za pomocą konwencjonalnej immunofluorescencji17.
Ten odczynnik został zastosowany, w naszej poprzedniej pracy, do analizy spotkań widełek replikacyjnych z ICL za pomocą testu opartego na włóknach DNA16. W ramach tych prac odkryliśmy, że replikacja może być kontynuowana po nienaruszonym ICL. Było to zależne od kinazy ATR, która jest aktywowana przez stres replikacyjny. Ponowne uruchomienie replikacji było nieoczekiwane, biorąc pod uwagę strukturę helikazy replikacyjnej CMG. Składa się z hetero-heksameru MCM (M), który tworzy przesunięty pierścień z przerwami wokół nici matrycowej do syntezy nici wiodącej, która jest zablokowana przez białka kompleksu GINS (G, składającego się z PSF1, 2, 3 i SLD5) i CDC45 (C)18. Propozycja, że replikacja może zostać wznowiona po stronie ICL dystalnie w stosunku do strony zderzenia replikomu, przemawiała za zmianą struktury replikomu. Aby odpowiedzieć na pytanie, które składniki znajdowały się w odpowiedzi w momencie spotkania z ICL, opracowaliśmy opisane tutaj podejście. Wykorzystaliśmy znacznik Dig jako partnera w testach ligacji zbliżeniowej (PLA)19, aby zbadać ścisły związek ICL z białkami klasy replisome20.