Суперкомпьютер раскрыл тайну белков, защищающих человека от рака

Исследователи из Университета штата Джорджия использовали суперкомпьютер Summit для изучения молекулярного механизма восстановления поврежденной ДНК — системы нуклеотидной эксцизионной репарации (NER). Эта система исправляет различные повреждения ДНК, защищая организм от преждевременного старения и рака.

Ученые создали компьютерную модель важного элемента NER — комплекса предразреза (PInC). Он регулирует процессы восстановления на поздних стадиях репарации. Исследование показало, что белковые компоненты NER могут менять форму для выполнения разных функций восстановления ДНК.

По словам ведущего исследователя Ивайло Иванова, профессора химии Университета штата Джорджия, изучение механизма работы NER позволит глубже понять природу генетических мутаций, вызывающих тяжелые заболевания. Для моделирования ученые использовали программное обеспечение NAMD, предназначенное для работы с суперкомпьютерами. Summit, обладающий вычислительной мощностью 200 петафлопс, позволил провести детализированные симуляции на временных масштабах в микросекунды.

«Мы увидели, как разные компоненты PInC взаимодействуют друг с другом, формируя подвижные модули этой молекулярной машины», — отметил Иванов. Симуляции также показали, что мутации, влияющие на работу NER, чаще всего возникают в самых динамичных участках комплекса.

NER состоит из трех последовательных стадий: распознавания повреждения, проверки его серьезности и непосредственного ремонта. Белок XPC первым обнаруживает дефект, изменяет структуру ДНК, делая поврежденный участок доступным, а затем привлекает другие белки, которые завершают процесс репарации. Исследователи выяснили, что мутации в генах XPF и XPG могут вызывать тяжелые заболевания, такие как пигментная ксеродерма, которая делает людей крайне уязвимыми к солнечному свету и раку кожи, а также синдром Коккейна, ведущий к ускоренному старению, проблемам со слухом и зрением.

Хотя Summit был выведен из эксплуатации в конце 2024 года, ученые планируют продолжить работу на его преемнике — суперкомпьютере Frontier, который стал самым мощным в мире в 2022 году. Следующий этап исследований будет посвящен транскрипционно-связанной репарации (TC-NER), исправляющей повреждения в активных генах, чтобы предотвратить сбои в синтезе белков. Эти исследования открывают новые возможности для понимания генетических заболеваний и разработки эффективных методов лечения.