© Evgeny NudlerIstraživanje enzima RNAseHII popravlja DNK vozeći se na enzimu koji čita genetski kod, RNA polimerazu, i izrezuje (vidi škare) pogrešno postavljena kodna slova kada ih "vidi" u bakterijskom genetskom materijalu
Nova studija dodaje novu, radikalno novu sliku o tome kako bakterijske stanice neprestano popravljaju neispravne dijelove svoje DNK.
Objavljeno online 16. svibnja u časopisu
Cell, izvješće opisuje molekularni mehanizam koji stoji iza puta popravka DNK koji sprječava pogrešnu ugradnju određene vrste molekularnog građevnog bloka, ribonukleotida, u genetske kodove. Takve su pogreške uobičajene u procesu kopiranja koda kod bakterija i drugih organizama.
Budući da pogrešna inkorporacija ribonukleotida može dovesti do štetnih promjena u kodu DNK (mutacije) i loma DNK, svi su organizmi evoluirali tako da imaju put popravka DNK koji se naziva popravak ekscizijom ribonukleotida (RER) koji brzo popravlja takve pogreške. Prošle je godine tim predvođen Evgenijem Nudlerom, dr. sc., profesoricom Julie Wilson Anderson na Odjelu za biokemiju i molekularnu farmakologiju na NIU Langone Health, objavio dvije analize popravka DNK u živim stanicama E. coli.
Otkrili su da se većina popravka određenih vrsta oštećenja DNK (velike lezije), poput onih uzrokovanih UV zračenjem, može dogoditi jer oštećene dijelove koda prvo identificira proteinski stroj koji se zove RNA polimeraza. RNA polimeraza se kreće niz DNK lanac, čitajući kod "slova" DNK dok prepisuje upute u molekule RNA, koje zatim usmjeravaju izgradnju proteina.
Nudler i njegovi kolege otkrili su da tijekom ovog procesa transkripcije,
RNA polimeraza također pronalazi lezije DNA i zatim služi kao platforma za sastavljanje stroja za popravak DNA koji se naziva kompleks za popravak nukleotida (NER). NER zatim izdvaja pronađenu neispravnu DNK i zamjenjuje je točnom kopijom. Bez djelovanja RNA polimeraze, mali NER, ako ga ima, javlja se u živim bakterijama. Sada nova studija u Cellu daje prve dokaze da je, kao i u NER putu, RER čvrsto povezan s transkripcijom. Autori studije pronašli su dokaze da ključni enzim uključen u RER, RNaseHII, također surađuje s RNA polimerazom dok skenira krivo inkorporirane ribonukleotide u DNK lancima živih bakterijskih stanica.
"Naši rezultati nastavljaju nadahnjivati preispitivanje određenih osnovnih načela u polju popravka DNK", kaže Nudler, također istraživač na Medicinskom institutu Howard Hughes. "Ubuduće, naš tim planira istražiti skenira li RNA polimeraza DNK u potrazi za svim vrstama problema i pokreće li popravak cijelog genoma, ne samo u bakterijama, već i u ljudskim stanicama."
Ribonukleotidi (građevni blokovi RNK) i deoksiribonukleotidi (komponente DNK) srodni su spojevi. Dok stanice kopiraju i izgrađuju DNK lance u bakterijskim stanicama, one često pogrešno ugrađuju ribonukleotide u DNK lance umjesto deoksiribonukleotida jer se razlikuju samo po jednom atomu kisika, rekli su autori studije. U bakterijskim stanicama, poznato je da DNK polimeraza III čini oko 2000 ovih pogrešaka svaki put kada kopira stanični genetski materijal. Kako bi se održao integritet genoma, RER uklanja većinu krivo postavljenih ribonukleotida, ali ključno pitanje bilo je kako RNaseHII tako brzo pronalazi relativno rijetke ribonukleotidne lezije usred "oceana" netaknutih staničnih DNK kodova.
Kao što su učinili u svojim studijama iz 2022. godine, istraživači su koristili kvantitativnu spektrometriju mase i in vivo protein-protein umrežavanje kako bi mapirali udaljenosti između kemijski povezanih proteina, čime su odredili ključne površine RNaseHII i RNA polimeraze u njihovoj interakciji u živim bakterijskim stanicama. Na taj su način utvrdili da se većina molekula RNAseHII veže na RNA polimerazu.
Uz to, koristili su kriogenu elektronsku mikroskopiju (CrioEM) za hvatanje struktura visoke rezolucije RNaseHII vezane na RNA polimerazu kako bi otkrili interakcije protein-protein koje definiraju RER kompleks. Nadalje, genetski eksperimenti vođeni strukturom koji su oslabili interakciju RNA polimeraza/RNaseHII ugrozili su RER.
"Ovaj rad podržava model u kojem RNaseHII skenira DNK u potrazi za netočnim ribonukleotidima tako što se vozi na RNK polimerazi dok se kreće duž DNK", kaže prvi autor studije Zhitai Hao, postdoktorand u Nudlerovom laboratoriju. "Ovaj rad je ključan za naše osnovno razumijevanje procesa popravka DNK i ima dalekosežne kliničke implikacije."
Komentari čitatelja
na naše novosti