Yeni Araştırmalar, Memeli Hücrelerinin RNA Segmentlerini Tekrar DNA'ya Dönüştürebildiğini Gösterdi

 Thomas Jefferson Üniversitesi, Philadelphia, Güney Kaliforniya Üniversitesi, Beckman Araştırma Enstitüsü of the City of Hope ve New York Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden bir araştırma ekibi, RNA dizilerinin tekrar DNA'ya yazılabileceğine dair ilk kanıtları sağladı. virüslerde ökaryotik hücrelerden daha yaygın olan bir başarı.

Şekil 1:Bir DNA/RNA primer şablonu üzerinde Polθ'nin üçlü yapısı: (A) Polθ polimeraz; (B) Polθ ve PolθΔL tarafından DNA/RNA uzantısı; (C) Polθ:DNA/RNA:ddGTP'nin yapısı; (D) Polθ:DNA/RNA (deniz) ve Polθ:DNA/DNA (turuncu, 4x0q) süperpozisyonu; parmaklar ve başparmak alt alanları yeniden yapılandırmaya tabi tutulur; (E) Polθ:DNA/RNA (deniz) ve Polθ:DNA/DNA (turuncu, 4x0q) süperpozisyonu, K2181'in 12-Å kaymasını (mavi kutu; başparmak) ve E2246'nın 4.4-Å kaymasını (gri kutu; avuç içi); (F) Polθ:DNA/RNA:ddGTP ve Polθ:DNA/DNA:ddGTP yapılarından nükleik asitlerin ve ddGTP'nin süperpozisyonu; (G) üst: Polθ:DNA/RNA yapısındaki ddGTP ve 3' primer terminalin elektron yoğunluğu; alt: Polθ:DNA/RNA (mavi) ve Polθ:DNA/DNA (somon) komplekslerinde farklı bir ddGTP konformasyonunu gösteren aktif bölgelerin süperpozisyonunun yakınlaştırılmış görüntüsü; (H) RNA şablonunun riboz 2'-hidroksil grupları ile Polθ:DNA/RNA yapısındaki kalıntılar arasındaki etkileşimler; kırmızı kesikli çizgiler, hidrojen bağları; (I) Polθ ve ddGTP ile birlikte kristalizasyon için kullanılan DNA/RNA (üstte); güçlü elektron yoğunluğu dört baz çifti [DNA/RNA'nın 2 ila 5 (altı çizili) konumlarında bulunan nükleotitler] ve birleşik bir ddGMP'den (2',3' dideoksiguanozin monofosfat) kaynaklanan iki baz çifti için mevcuttur (yeşil; konum 1) ve aktif sitede (üstte) bağlı bir birleşik olmayan ddGTP (kırmızı; konum 0); Polθ ve nükleik asitler arasındaki Polθ:DNA/RNA:ddGTP (altta); kalıntılar ve fosfat omurgası, şeker oksijeni veya nükleobaz arasındaki etkileşimler sırasıyla mavi, sarı ve yeşil olarak gösterilir; Polθ ve riboz 2'-hidroksil grupları arasındaki hidrojen bağları belirtilmiştir (kutulu kalıntılar); (J) Polθ ve nükleik asitler arasındaki Polθ:DNA/DNA:ddGTP (4x0q) içindeki etkileşimler; (I) ile aynı renk şeması.

Biyokimya ve Moleküler Departmanında araştırmacı olan kıdemli yazar Dr. Richard Pomerantz, “Bu çalışma, RNA mesajlarını kendi hücrelerimizde DNA'ya dönüştürmek için bir mekanizmaya sahip olmanın önemini anlamamıza yardımcı olacak diğer birçok çalışmaya kapı açıyor” dedi. Thomas Jefferson Üniversitesi'nde Biyoloji.

"Bir insan polimerazının bunu yüksek verimlilikle yapabileceği gerçeği, birçok soruyu gündeme getiriyor."

"Örneğin, bu bulgu, RNA mesajlarının genomik DNA'yı onarmak veya yeniden yazmak için şablonlar olarak kullanılabileceğini gösteriyor."

Dr. Pomerantz ve meslektaşları, çalışmalarında polimeraz teta (Polθ) adı verilen çok sıra dışı bir polimeraz üzerine odaklandılar.

Memeli hücrelerindeki 14 DNA polimerazdan sadece üçü, hücre bölünmesine hazırlanmak için tüm genomu kopyalama işinin büyük kısmını yapar.

Kalan 11 tanesi çoğunlukla DNA ipliklerinde bir kırılma veya hata olduğunda tespit etme ve onarım yapma ile ilgilidir.

Polθ DNA'yı onarır, ancak hataya çok açıktır ve birçok hata veya mutasyon yapar.

Bilim adamları, Polθ'nin bazı niteliklerinin, virüslerde daha yaygın olan ters transkriptaz olmasına rağmen, başka bir hücresel makineyle paylaştığı özellikler olduğunu fark ettiler.

Polθ gibi, HIV ters transkriptaz bir DNA polimeraz gibi davranır, ancak aynı zamanda RNA'yı bağlayabilir ve RNA'yı bir DNA zincirine geri okuyabilir.

Bir dizi deneyde, yazarlar Polθ'yi, türünün en iyi çalışılmışlarından biri olan HIV'den gelen ters transkriptaz'a karşı test etti.

Polθ'nin RNA mesajlarını DNA'ya dönüştürebildiğini, bunu HIV ters transkriptazının yanı sıra yaptığını ve aslında DNA'yı DNA'ya kopyalamaktan daha iyi bir iş çıkardığını gösterdiler.

Polθ daha verimliydi ve yeni DNA mesajları yazmak için bir RNA şablonu kullanıldığında, DNA'yı DNA'ya kopyalarken olduğundan daha az hataya neden oldu ve bu işlevin hücredeki birincil amacı olabileceğini düşündürdü.

Ekip, X-ışını kristalografisini kullanarak, bu molekülün, polimerazlar arasında benzersiz bir başarı olan, daha hacimli RNA molekülüne uyum sağlamak için şekil değiştirebildiğini buldu.

Dr. Pomerantz, "Araştırmamız, Polθ'nin ana işlevinin bir ters transkriptaz görevi görmek olduğunu gösteriyor" dedi.

"Sağlıklı hücrelerde, bu molekülün amacı RNA aracılı DNA onarımına yönelik olabilir."

"Kanser hücreleri gibi sağlıksız hücrelerde Polθ yüksek oranda ifade edilir ve kanser hücresi büyümesini ve ilaç direncini destekler."

"Polθ'nin RNA üzerindeki aktivitesinin DNA onarımına ve kanser hücresi çoğalmasına nasıl katkıda bulunduğunu daha fazla anlamak heyecan verici olacak."

Kaynak:Gurushankar Chandramouly et al. 2021. Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair. Science Advances 7 (24): eabf1771; doi: 10.1126/sciadv.abf1771