นักวิจัยเผยกลไกซ่อมแซมดีเอ็นเอ

16 พฤษภาคม 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) การศึกษาใหม่ได้เพิ่มภาพใหม่ที่เกิดขึ้นใหม่อย่างชัดเจนว่าเซลล์แบคทีเรียซ่อมแซมส่วนที่ผิดพลาดของ DNA อย่างต่อเนื่องได้อย่างไร ตีพิมพ์ในวารสาร เซลล์ (“RNA Polymerase Drives Ribonucleotide Excision DNA Repair in E. coli") รายงานจะอธิบายกลไกระดับโมเลกุลที่อยู่เบื้องหลังเส้นทางการซ่อมแซม DNA ที่ตอบโต้การรวมกลุ่มการสร้างโมเลกุลบางประเภทอย่างไรโบนิวคลีโอไทด์ไว้ในรหัสพันธุกรรมอย่างไม่ถูกต้อง ข้อผิดพลาดดังกล่าวเกิดขึ้นบ่อยครั้งในกระบวนการคัดลอกโค้ดในแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เนื่องจากการรวมตัวของไรโบนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้องอาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรหัส DNA ที่เป็นอันตราย (การกลายพันธุ์) และการแตกตัวของ DNA สิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงพัฒนาให้มีวิถีการซ่อมแซม DNA ที่เรียกว่าการซ่อมแซมการตัดตอนของไรโบนิวคลีโอไทด์ (RER) ซึ่งแก้ไขข้อผิดพลาดดังกล่าวได้อย่างรวดเร็ว เอนไซม์ที่ทำการศึกษา RNAseHII จะซ่อมแซม DNA โดยการขี่ไปตามเอนไซม์ที่อ่านรหัสพันธุกรรม RNA polymerase และตัด (ดูกรรไกร) ตัวอักษรรหัสที่วางผิดที่เมื่อ "เห็น" ตัวอักษรเหล่านั้นในสารพันธุกรรมของแบคทีเรีย (© Cell Press) เมื่อปีที่แล้ว ทีมงานที่นำโดย Evgeny Nudler, PhD, ศาสตราจารย์ Julie Wilson Anderson ในภาควิชาชีวเคมีและเภสัชวิทยาระดับโมเลกุลที่ NYU Langone Health ได้เผยแพร่การวิเคราะห์สองรายการเกี่ยวกับการซ่อมแซม DNA ในสิ่งมีชีวิต E. coli เซลล์. พวกเขาพบว่าการซ่อมแซมส่วนใหญ่ของความเสียหายของ DNA บางประเภท (รอยโรคขนาดใหญ่) เช่น ที่เกิดจากการฉายรังสี UV สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากส่วนรหัสที่เสียหายได้รับการระบุครั้งแรกโดยเครื่องโปรตีนที่เรียกว่า RNA polymerase RNA โพลีเมอเรสขับเคลื่อนสายโซ่ DNA โดยอ่านรหัสของ “ตัวอักษร” DNA ขณะที่มันถ่ายทอดคำสั่งไปเป็นโมเลกุล RNA ซึ่งต่อจากนั้นจะสร้างโปรตีนโดยตรง นัดเลอร์และเพื่อนร่วมงานพบว่าในระหว่างกระบวนการถอดรหัสนี้ RNA polymerase ยังค้นหารอยโรค DNA และจากนั้นทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการประกอบเครื่องซ่อมแซม DNA ที่เรียกว่า nucleotide excision repair (NER) complex จากนั้น NER จะตัด DNA ที่ผิดปกติที่พบออกและแทนที่ด้วยสำเนาที่ถูกต้อง หากไม่มีการกระทำของ RNA polymerase NER เพียงเล็กน้อย (ถ้ามี) จะเกิดขึ้นในแบคทีเรียที่มีชีวิต ขณะนี้การศึกษาใหม่ใน Cell ได้แสดงหลักฐานแรกว่า RER เชื่อมโยงกับการถอดความอย่างแน่นหนาเช่นเดียวกับในวิถี NER ผู้เขียนศึกษาพบหลักฐานว่าเอนไซม์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับ RER RNaseHII ยังร่วมมือกับ RNA polymerase ในขณะที่สแกนหาไรโบนิวคลีโอไทด์ที่รวมตัวกันผิดในสายโซ่ DNA ของเซลล์แบคทีเรียที่มีชีวิต “ผลลัพธ์ของเรายังคงเป็นแรงบันดาลใจให้มีการทบทวนหลักการพื้นฐานบางประการในสาขาการซ่อมแซม DNA” นัดเลอร์ ซึ่งเป็นนักวิจัยจาก Howard Hughes Medical Institute กล่าว ทีมงานของเราวางแผนที่จะตรวจสอบว่า RNA polymerase สแกน DNA เพื่อหาปัญหาทุกประเภทและกระตุ้นการซ่อมแซมจีโนมทั่วทั้งจีโนมหรือไม่ ไม่เพียงแต่ในแบคทีเรียเท่านั้น แต่ในเซลล์ของมนุษย์ด้วย”

เทคนิคล้ำสมัย

ไรโบนิวคลีโอไทด์ (หน่วยการสร้างของ RNA) และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ (ส่วนประกอบ DNA) เป็นสารประกอบที่เกี่ยวข้องกัน ในขณะที่เซลล์คัดลอกและสร้างสายโซ่ DNA ในเซลล์แบคทีเรีย พวกมันมักจะรวมไรโบนิวคลีโอไทด์เข้ากับสายโซ่ DNA แทนดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์อย่างเข้าใจผิด เนื่องจากพวกมันต่างกันด้วยออกซิเจนอะตอมเพียงอะตอมเดียว ผู้เขียนการศึกษากล่าว ในเซลล์แบคทีเรีย เป็นที่ทราบกันว่า DNA polymerase III ทำให้เกิดข้อผิดพลาดประมาณ 2,000 ครั้งทุกครั้งที่คัดลอกสารพันธุกรรมของเซลล์ เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของจีโนม ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่วางผิดที่จำนวนมากจะถูกกำจัดออกโดยวิถีทาง RER แต่คำถามสำคัญก็คือว่า RNaseHII พบรอยโรคของไรโบนิวคลีโอไทด์ที่ค่อนข้างหายากท่ามกลาง "มหาสมุทร" ของรหัส DNA ของเซลล์ที่ไม่เสียหายอย่างรวดเร็วได้อย่างไร เช่นเดียวกับที่ทำในการศึกษาในปี 2022 นักวิจัยใช้แมสสเปกโตรเมทรีเชิงปริมาณและการเชื่อมโยงข้ามโปรตีน-โปรตีน ในสิ่งมีชีวิต เพื่อสร้างแผนที่ระยะห่างระหว่างโปรตีนที่เชื่อมโยงกันทางเคมี และกำหนดพื้นผิวหลักของ RNaseHII และ RNA polymerase ขณะที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์ในเซลล์แบคทีเรียที่มีชีวิต ด้วยวิธีนี้ พวกเขาพบว่าโมเลกุล RNaseHII ส่วนใหญ่จับคู่กับ RNA polymerase นอกจากนี้ พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็ง (CryoEM) เพื่อจับโครงสร้างที่มีความละเอียดสูงของ RNaseHII ที่ผูกกับ RNA polymerase เพื่อเปิดเผยปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนและโปรตีนที่กำหนด RER complex นอกจากนี้ การทดลองทางพันธุกรรมที่มีโครงสร้างนำทางซึ่งทำให้ปฏิสัมพันธ์ของ RNA polymerase/RNaseHII อ่อนแอลง ทำให้ RER เสียหาย “งานนี้สนับสนุนแบบจำลองที่ RNaseHII สแกน DNA เพื่อหาไรโบนิวคลีโอไทด์ที่วางผิดตำแหน่งโดยการขี่ RNA polymerase ในขณะที่มันเคลื่อนที่ไปตาม DNA” Zhitai Hao ผู้เขียนการศึกษาคนแรก นักวิชาการหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของ Nudler กล่าว “งานนี้มีความสำคัญต่อความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกระบวนการซ่อมแซม DNA และมีผลกระทบทางคลินิกในวงกว้าง”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ซื้อและขายหุ้นในบริษัท PRE-IPO ด้วย PREIPO® เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63002.php