Nova studija dodaje novu, radikalno novu sliku o tome kako bakterijske ćelije neprestano popravljaju neispravne delove svoje DNK.
Objavljen onlajn 16. maja u časopisu Cell, izveštaj opisuje molekularni mehanizam iza puta popravke DNK koji se suprotstavlja pogrešnom uključivanju određene vrste molekularnog gradivnog bloka, ribonukleotida, u genetske kodove. Takve greške su česte u procesu kopiranja koda kod bakterija i drugih organizama. S obzirom da pogrešna inkorporacija ribonukleotida može dovesti do štetnih promena DNK koda (mutacija) i lomljenja DNK, svi organizmi su evoluirali tako da imaju put popravke DNK koji se zove popravka ekscizije ribonukleotida (RER) koja brzo popravlja takve greške.
Prošle godine tim predvođen Evgenijem Nudlerom, dr, profesorom Džuli Vilson Anderson na Odeljenju za biohemiju i molekularnu farmakologiju na NIU Langone Health, objavio je dve analize popravke DNK u živim ćelijama E. coli. Otkrili su da se većina popravke određenih vrsta oštećenja DNK (velikih lezija), poput onih uzrokovanih UV zračenjem, može desiti jer su oštećeni delovi koda prvo identifikovani pomoću proteinske mašine koja se zove RNK polimeraza. RNK polimeraza se kreće niz DNK lanac, čitajući kod DNK „slova“ dok transkribuje uputstva u RNK molekule, koji zatim usmeravaju izgradnju proteina.
Nudler i saradnici su otkrili da tokom ovog procesa transkripcije, RNK polimeraza takođe pronalazi lezije DNK, a zatim služi kao platforma za sklapanje mašine za popravku DNK koja se zove kompleks za popravku nukleotida (NER). NER zatim izvlači neispravnu pronađenu DNK i zamenjuje je tačnom kopijom. Bez dejstva RNK polimeraze, mali NER, ako ga ima, javlja se u živim bakterijama.
Sada nova studija u Cell pruža prve dokaze da je, kao u NER putu, RER čvrsto povezan sa transkripcijom. Autori studije pronašli su dokaze da ključni enzim uključen u RER, RNaseHII, takođe sarađuje sa RNK polimerazom dok skenira pogrešno ugrađene ribonukleotide u DNK lancima živih bakterijskih ćelija.
„Naši rezultati nastavljaju da inspirišu preispitivanje određenih osnovnih principa u oblasti popravke DNK“, kaže Nudler, takođe istraživač sa Medicinskog instituta Hauard Hjuz. „Napred, naš tim planira da istraži da li RNK polimeraza skenira DNK za sve vrste problema i pokreće popravku u celom genomu, ne samo u bakterijama, već iu ljudskim ćelijama.
Ribonukleotidi (građevinski blokovi RNK) i deoksiribonukleotidi (komponente DNK) su srodna jedinjenja. Kako ćelije kopiraju i grade lance DNK u bakterijskim ćelijama, one često pogrešno ugrađuju ribonukleotide u lance DNK umesto dezoksiribonukleotida jer se razlikuju samo po jednom atomu kiseonika, kažu autori studije. U bakterijskim ćelijama poznato je da DNK polimeraza III pravi oko 2.000 ovih grešaka svaki put kada kopira genetski materijal ćelije. Da bi se održao integritet genoma, najveći deo pogrešno postavljenih ribonukleotida uklanja se putem RER, ali ključno pitanje je bilo kako RNaseHII tako brzo pronalazi relativno retke lezije ribonukleotida usred „okeana“ netaknutih ćelijskih DNK kodova.
Kao što su uradili u svojim studijama iz 2022. godine, istraživači su koristili kvantitativnu spektrometriju mase i in vivo umrežavanje proteina i proteina da bi mapirali rastojanja između hemijski povezanih proteina, i tako odredili ključne površine RNaseHII i RNK polimeraze dok su u interakciji u živim bakterijskim ćelijama. Na ovaj način su utvrdili da se većina molekula RNaseHII spaja sa RNK polimerazom.
Pored toga, koristili su kriogenu elektronsku mikroskopiju (CrioEM) da bi uhvatili strukture visoke rezolucije RNaseHII vezane za RNK polimerazu kako bi otkrili interakcije protein-protein koje definišu RER kompleks. Dalje, genetski eksperimenti vođeni strukturom koji su oslabili interakciju RNK polimeraze/RNaseHII kompromitovali su RER.
„Ovaj rad podržava model u kojem RNaseHII skenira DNK za pogrešne ribonukleotide tako što se vozi na RNK polimerazi dok se kreće duž DNK“, kaže prvi autor studije Zhitai Hao, postdoktorant u Nudlerovoj laboratoriji. „Ovaj rad je od vitalnog značaja za naše osnovno razumevanje procesa popravke DNK i ima dalekosežne kliničke implikacije.“
