У клітинах присутня молекулярна машинерія, яка дублює ДНК під час їхнього поділу. Ці ж молекулярні інструменти, звані полімеразами, також створюють меседжі РНК, які нагадують записки, скопійовані з центрального архіву ДНК. Науковці досі вважали, що полімерази працюють лише в один бік, перетворюючи ДНК у ДНК або в РНК. Однак тепер дослідники з Університету Томаса Джефферсона у Філадельфії доводять, що сегменти РНК можуть бути перезаписані назад у ДНК. Це потенційно кидає виклик одній із центральних догм біології і може мати широкі наслідки для цілої низки галузей цієї науки.
«Ці результати відкривають простір для багатьох досліджень, які потенційно можуть допомогти нам збагнути сутність механізму перетворення меседжів РНК у ДНК у наших власних клітинах, – стверджує Річард Померанц, біохімік та молекулярний біолог з Університету Томаса Джефферсона. – Людська полімераза, вочевидь, може робити це з високою ефективністю, що, зі свого боку, підіймає цілу низку запитань». Наприклад, ці знахідки свідчать про те, що меседжі РНК в клітинах можуть відігравати роль зразків, на основі яких здійснюється корекція або перезапис геномної ДНК.
Стаття з описом дослідження опублікована 11 червня у журналі Science Advances.
Разом із першим співавтором Ґурушанкаром Чандрамулі та іншими дослідниками команда Томаса Померанца дослідила дуже незвичну полімеразу, звану тета-полімеразою. Із 14 ДНК-полімераз у клітинах ссавців лише три виконують основну роботу дублювання під час поділу клітини, тоді як решта здебільшого виявляють та виправляють похибки у ланцюжках ДНК. Науковці виявили, що тета-полімераза при цьому здебільшого робить ті самі помилки, що й інша клітинна машинерія, яка, щоправда, більше поширена серед вірусів, – так звана зворотна транскриптаза. Як і тета-полімераза, зворотна тракскриптаза вірусу імунодефіциту людину (ВІЛ) виконує функцію ДНК-полімерази, але при цьому може зв’язуватися із РНК і транслювати її назад у ланцюжок ДНК.
У кількох елегантних експериментах науковці довели, що тета-полімераза, як і зворотна транскриптаза ВІЛ, здатна перетворювати меседжі РНК назад у ДНК, причому вона здатна робити це ефективніше і з меншою кількістю помилок, аніж під час перетворення ДНК у ДНК. Що, зі свого боку, свідчить про те, що це могло бути її основною функцією у клітині.
Команда Померанца також об’єднала зусилля з лабораторією Др. Сяоцзяня Чена з Університету Південної Каліфорнії й скористалася методом рентгенівської кристалографії, що визначили структуру цієї молекули. Науковці виявили, що тета-полімераза здатна змінювати свою форму, пристосовуючись до масивнішої РНК, що є унікальною властивістю серед полімераз.
«Наше дослідження вказує на те, що основна функція тета-полімерази полягає в тому, щоб діяти як зворотна транскриптаза, – стверджує др. Померанц. – У здорових клітин завданням цієї молекули може бути корекція ДНК, опосередкована РНК. Однак у нездорових клітин, таких як ракові клітини, експресія тета-полімерази є дуже високою. Надалі цікаво буде виявити, як активність тета-полімерази сприяє цьому росту».
New discovery shows human cells can write RNA sequences into DNA
ScienceDaily, 11/06/2021
Зреферував Є. Л.
Оригінал дослідження:
Gurushankar Chandramouly et al.
Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair
Science Advances 11/06/ 2021:
Vol. 7, no. 24 eabf1771
DOI: 10.1126/sciadv.abf1771