Новое открытие: человеческие клетки могут записывать последовательности РНК в ДНК
Клетки содержат механизмы (полимеразы), которые копируют ДНК для деления клетки и создают молекулы РНК — «заметки», скопированные с центрального хранилища рецептов ДНК для эффективного синтеза белков. Считалось, что полимеразы работают только в одном направлении: ДНК → ДНК или ДНК → РНК. Это предотвращает перезапись РНК обратно в главную «книгу рецептов» геномной ДНК.
Исследователи из Университета Томаса Джефферсона впервые представили доказательства, что сегменты РНК могут быть перезаписаны в ДНК. Это бросает вызов центральной догме биологии и может иметь широкие последствия для многих областей.
«Эта работа открывает двери для многих других исследований, которые помогут нам понять значение механизма конвертации РНК в ДНК в наших собственных клетках», — говорит Ричард Померанц, доктор философии, доцент биохимии и молекулярной биологии. — «Тот факт, что человеческая полимераза может делать это с высокой эффективностью, поднимает много вопросов».
Работа опубликована 11 июня в журнале Science Advances.
Исследование необычной полимеразы
Команда доктора Померанца вместе с первым автором Гурушанкаром Чандрамули исследовала необычную полимеразу — полимеразу тета (Pol θ). Из 14 ДНК-полимераз в клетках млекопитающих только три выполняют основную работу по копированию всего генома перед делением клетки. Остальные 11 в основном занимаются обнаружением и ремонтом разрывов или ошибок в цепях ДНК.
Pol θ ремонтирует ДНК, но очень склонна к ошибкам и создает много мутаций. Исследователи заметили, что некоторые «плохие» качества Pol θ совпадают с качествами другого механизма, более характерного для вирусов, — обратной транскриптазы. Как и Pol θ, обратная транскриптаза ВИЧ действует как ДНК-полимераза, но также может связывать РНК и переписывать её в цепь ДНК.
Сравнение с ВИЧ и определение структуры
В серии экспериментов исследователи сравнили Pol θ с обратной транскриптазой ВИЧ. Они показали, что Pol θ способна конвертировать РНК в ДНК так же хорошо, как и фермент ВИЧ, и даже лучше, чем при копировании ДНК в ДНК. Pol θ была более эффективна и допускала меньше ошибок при использовании матрицы РНК для записи новой ДНК, что позволяет предположить, что это может быть её основной функцией в клетке.
В сотрудничестве с лабораторией доктора Сяоцзяна С. Чена (USC) с помощью рентгеновской кристаллографии была определена структура молекулы. Оказалось, что эта молекула способна менять форму, чтобы вместить более объемную молекулу РНК — что уникально среди полимераз.
Значение открытия
«Наше исследование предполагает, что главная функция полимеразы тета — действовать как обратная транскриптаза», — говорит доктор Померанц.
В здоровых клетках цель этой молекулы может заключаться в репарации ДНК, опосредованной РНК. В нездоровых клетках, например, раковых, Pol θ высоко экспрессируется и способствует росту раковых клеток и устойчивости к лекарствам.
«Будет интересно дальше изучать, как активность полимеразы тета на РНК способствует репарации ДНК и пролиферации раковых клеток».