חוקרים חושפים מנגנון תיקון DNA

16 במאי 2023 (חדשות Nanowerk) מחקר חדש מוסיף לתמונה חדשה לגמרי של האופן שבו תאים חיידקיים מתקנים ללא הרף קטעים פגומים ב-DNA שלהם. פורסם בכתב העת תא (“RNA Polymerase Drives Ribonucleotide Excision DNA Repair in החיידק"), הדו"ח מתאר את המנגנון המולקולרי מאחורי מסלול תיקון DNA שמונע הכללה מוטעית של סוג מסוים של אבן בניין מולקולרית, ריבונוקלאוטידים, בקודים גנטיים. טעויות כאלה שכיחות בתהליך העתקת קוד בחיידקים ואורגניזמים אחרים. בהתחשב בכך ששילוב שגוי של ריבונוקלאוטיד עלול לגרום לשינויים מזיקים בקוד ה-DNA (מוטציות) ושבירות ה-DNA, כל האורגניזמים התפתחו למסלול תיקון DNA הנקרא תיקון חיתוך ריבונוקלאוטיד (RER) שמתקן במהירות שגיאות כאלה. אנזים המחקר RNAseHII מתקן את ה-DNA על ידי רכיבה על האנזים שקורא את הקוד הגנטי, RNA פולימראז, וחותך (ראה מספריים) אותיות קוד שלא במקום כאשר הוא "רואה" אותן בחומר גנטי חיידקי. (© Cell Press) בשנה שעברה צוות בראשות Evgeny Nudler, PhD, פרופסור ג'ולי ווילסון אנדרסון במחלקה לביוכימיה ופרמקולוגיה מולקולרית ב-NYU Langone Health, פרסם שני ניתוחים של תיקון DNA בחיים החיידק תאים. הם גילו שרוב התיקון של סוגים מסוימים של נזקי DNA (נגעים מסורבלים), כגון אלו הנגרמים מקרינת UV, יכולים להתרחש מכיוון שקטעי קוד פגומים זוהו לראשונה על ידי מכונת חלבון בשם RNA פולימראז. RNA פולימראז מניע את שרשרת ה-DNA, קורא את הקוד של "אותיות" ה-DNA כשהוא מתמלל הוראות למולקולות RNA, אשר לאחר מכן מכוונות את בניית החלבון. Nudler ועמיתיו מצאו שבמהלך תהליך שעתוק זה, RNA פולימראז מוצא גם נגעי DNA, ולאחר מכן משמש כפלטפורמה להרכבה של מכונת תיקון DNA הנקראת קומפלקס נוקלאוטיד כריתת תיקון (NER). לאחר מכן NER גוזרת את ה-DNA הפגום שנמצא ומחליף אותו בעותק מדויק. ללא הפעולה של RNA פולימראז, מעט NER, אם בכלל, מתרחש בחיידקים חיים. כעת, המחקר החדש ב-Cell מספק את הראיות הראשונות לכך שכמו במסלול ה-NER, RER מחובר הדוק לשעתוק. מחברי המחקר מצאו ראיות לכך שהאנזים המרכזי המעורב ב-RER, RNaseHII, משתף פעולה גם עם RNA פולימראז כשהוא סורק אחר ריבונוקלאוטידים ששולבו באופן שגוי בשרשרות ה-DNA של תאי חיידקים חיים. "התוצאות שלנו ממשיכות לעורר חשיבה מחדש על עקרונות בסיסיים מסוימים בתחום תיקון ה-DNA", אומר Nudler, גם חוקר במכון הרפואי הווארד יוז. "בהמשך, הצוות שלנו מתכנן לחקור אם RNA פולימראז סורק את ה-DNA עבור כל מיני בעיות ומפעיל תיקון בכל הגנום, לא רק בחיידקים, אלא גם בתאים אנושיים."

טכניקות חדשניות

ריבונוקלאוטידים (אבני הבניין של RNA) ודאוקסיריבונוקלאוטידים (רכיבי DNA) הם תרכובות קשורות. כאשר תאים מעתיקים ובונים שרשראות DNA בתאי חיידקים, לעתים קרובות הם משלבים בטעות ריבונוקלאוטידים בשרשראות ה-DNA במקום דאוקסיריבונוקלאוטידים מכיוון שהם נבדלים רק באטום חמצן בודד, אומרים מחברי המחקר. בתאי חיידקים, ידוע ש-DNA פולימראז III עושה כ-2,000 מהטעויות הללו בכל פעם שהוא מעתיק את החומר הגנטי של התא. כדי לשמור על שלמות הגנום, עיקר הריבונוקלאוטידים שלא במקומם מוסרים על ידי מסלול ה-RER, אך שאלת מפתח הייתה לגבי האופן שבו RNaseHII מוצא נגעים נדירים יחסית של ריבונוקלאוטידים בתוך "אוקיינוס" של קודי DNA תאי שלם כל כך מהר. כפי שעשו במחקריהם ב-2022, החוקרים השתמשו בספקטרומטריית מסה כמותית ובהצלבת חלבון-חלבון in vivo כדי למפות את המרחקים בין חלבונים מקושרים כימית, וכך קבעו את משטחי המפתח של RNaseHII ו-RNA פולימראז כשהם מקיימים אינטראקציה בתאי חיידקים חיים. בדרך זו הם קבעו שרוב מולקולות RNaseHII מתחברות עם RNA פולימראז. בנוסף, הם השתמשו במיקרוסקופ אלקטרוני קריוגני (CryoEM) כדי ללכוד את המבנים ברזולוציה גבוהה של RNaseHII הקשורים ל-RNA פולימראז כדי לחשוף את אינטראקציות חלבון-חלבון המגדירים את קומפלקס RER. יתר על כן, ניסויים גנטיים מונחי מבנה שהחלישו את האינטראקציה של RNA פולימראז/RNaseHII פגעו ב-RER. "עבודה זו תומכת במודל שבו RNaseHII סורק DNA לאיתור ריבונוקלאוטידים שלא במקום על ידי רכיבה על RNA פולימראז בזמן שהוא נע לאורך ה-DNA", אומר מחבר המחקר הראשון Zhitai Hao, חוקר פוסט-דוקטורט במעבדה של Nudler. "עבודה זו חיונית להבנה הבסיסית שלנו של תהליך תיקון ה-DNA ויש לה השלכות קליניות מרחיקות לכת."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63002.php