Raziskovalci razkrivajo mehanizem popravljanja DNK

16. maj 2023 (Nanowerk novice) Nova študija dopolnjuje nastajajočo, radikalno novo sliko o tem, kako bakterijske celice nenehno popravljajo napačne dele svoje DNK. Objavljeno v žurnalu Celica (“RNA Polymerase Drives Ribonucleotide Excision DNA Repair in E. coli"), poročilo opisuje molekularni mehanizem v ozadju poti popravljanja DNK, ki preprečuje napačno vključitev določene vrste molekularnih gradnikov, ribonukleotidov, v genetske kode. Takšne napake so pogoste v procesu kopiranja kode pri bakterijah in drugih organizmih. Glede na to, da lahko napačna vključitev ribonukleotidov povzroči škodljive spremembe kode DNK (mutacije) in prekinitve DNK, so se vsi organizmi razvili tako, da imajo pot popravljanja DNK, imenovano ribonukleotidno ekscizijsko popravljanje (RER), ki hitro odpravi takšne napake. Raziskovalni encim RNAseHII popravlja DNK tako, da se poganja z encimom, ki bere genetsko kodo, RNA polimerazo, in izrezuje (glej škarje) napačno postavljene kodne črke, ko jih »vidi« v bakterijskem genskem materialu. (© Cell Press) Lansko leto je skupina pod vodstvom dr. Evgenyja Nudlerja, profesorja Julie Wilson Anderson na oddelku za biokemijo in molekularno farmakologijo na NYU Langone Health, objavila dve analizi popravljanja DNK v živih E. coli celice. Ugotovili so, da se večina popravil določenih vrst poškodb DNK (obsežnih lezij), kot so tiste, ki jih povzroča UV-obsevanje, lahko pojavi, ker je poškodovane odseke kode najprej identificiral proteinski stroj, imenovan RNA polimeraza. Polimeraza RNK se poganja po verigi DNK in bere kodo "črk" DNK, medtem ko prepisuje navodila v molekule RNK, ki nato usmerjajo gradnjo beljakovin. Nudler in sodelavci so ugotovili, da med tem postopkom transkripcije RNA polimeraza najde tudi lezije DNK in nato služi kot platforma za sestavo stroja za popravilo DNK, imenovanega kompleks nukleotidne ekscizije (NER). NER nato izreže najdeno napačno DNK in jo nadomesti z natančno kopijo. Brez delovanja RNA polimeraze se v živih bakterijah pojavi malo NER, če sploh. Zdaj nova študija v Cellu zagotavlja prve dokaze, da je RER, tako kot pri poti NER, tesno povezan s transkripcijo. Avtorji študije so našli dokaze, da ključni encim, vključen v RER, RNaseHII, sodeluje tudi z RNA polimerazo, ko skenira za napačno vključene ribonukleotide v verigah DNA živih bakterijskih celic. "Naši rezultati še naprej navdihujejo ponovni razmislek o nekaterih osnovnih načelih na področju popravljanja DNK," pravi Nudler, tudi raziskovalec z medicinskega inštituta Howard Hughes. "V nadaljevanju namerava naša ekipa raziskati, ali RNA polimeraza skenira DNK za vse vrste težav in sproži popravilo celotnega genoma, ne samo v bakterijah, ampak tudi v človeških celicah."

Vrhunske tehnike

Ribonukleotidi (gradniki RNK) in deoksiribonukleotidi (komponente DNK) so sorodne spojine. Ko celice kopirajo in gradijo verige DNK v bakterijskih celicah, pogosto pomotoma vključijo ribonukleotide v verige DNK namesto deoksiribonukleotidov, ker se razlikujejo le po enem atomu kisika, pravijo avtorji študije. Znano je, da v bakterijskih celicah DNA polimeraza III naredi približno 2,000 teh napak vsakič, ko kopira genetski material celice. Da bi ohranili celovitost genoma, se večina napačno postavljenih ribonukleotidov odstrani s potjo RER, vendar je bilo ključno vprašanje o tem, kako RNaseHII tako hitro najde razmeroma redke ribonukleotidne lezije sredi "oceana" nedotaknjenih celičnih kod DNK. Kot so storili v svojih študijah leta 2022, so raziskovalci uporabili kvantitativno masno spektrometrijo in in vivo zamreženje protein-protein, da bi preslikali razdalje med kemično povezanimi proteini in tako določili ključne površine RNaseHII in RNA polimeraze, ko medsebojno delujeta v živih bakterijskih celicah. Na ta način so ugotovili, da se večina molekul RNaseHII spaja z RNA polimerazo. Poleg tega so uporabili kriogeno elektronsko mikroskopijo (CryoEM), da bi zajeli strukture visoke ločljivosti RNaseHII, vezane na RNA polimerazo, da bi razkrili interakcije protein-protein, ki definirajo kompleks RER. Poleg tega so strukturno vodeni genetski poskusi, ki so oslabili interakcijo RNA polimeraza/RNaseHII, ogrozili RER. "To delo podpira model, pri katerem RNaseHII skenira DNK za napačno postavljene ribonukleotide z vožnjo na polimerazi RNK, medtem ko se premika vzdolž DNK," pravi prvi avtor študije Zhitai Hao, podoktorski učenjak v Nudlerjevem laboratoriju. "To delo je ključnega pomena za naše osnovno razumevanje procesa popravljanja DNK in ima daljnosežne klinične posledice."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• Kupujte in prodajajte delnice podjetij pred IPO s PREIPO®. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63002.php