РНК может передавать информацию для ремонта ДНК
Геномы постоянно подвергаются повреждениям ДНК. В большинстве клеток есть системы репарации ДНК, которые обеспечивают стабильность генома и, в идеале, предотвращают такие заболевания, как рак. Проблемы начинаются, когда эти системы выходят из строя. Неотремонтированные повреждения ДНК могут привести к опухолям и геномному хаосу.
"Двухцепочечные разрывы — один из самых опасных типов повреждений ДНК, который может испытать клетка", — сказал Чанс Мирс, постдок Колумбийского университета. "Они блокируют способность клетки реплицировать свою ДНК, останавливая деление клетки до тех пор, пока повреждение не будет устранено".
Самый точный путь ремонта разрыва ДНК — использование гомологичной последовательности ДНК в качестве матрицы для повторного синтеза поврежденного участка. Ранее исследователи из лаборатории Франчески Сторичи показали, что гомологичная последовательность РНК также может опосредовать этот ремонт. Они стремились понять молекулярные механизмы, контролирующие этот процесс, и описали их в недавней статье в журнале Molecular Cell.
"Речь идет о способности РНК передавать информацию в ДНК, которую можно использовать для ремонта повреждений", — пояснила Сторичи, профессор Школы биологических наук Технологического института Джорджии.
В статье 2014 года, опубликованной в Nature, её команда объяснила, как транскрипт-РНК может служить матрицей для ремонта двухцепочечного разрыва ДНК. В новом исследовании, по словам ведущего автора Мирса, "мы обнаружили, что РНК может не только служить матрицей для ремонта двухцепочечных разрывов, но и модифицировать геномную информацию даже в отсутствие таких разрывов".
Эта модификация ДНК в отсутствие индуцированного разрыва стала неожиданностью для команды. Также неожиданной, по словам Мирса, оказалась зависимость процесса передачи информации от присутствия неожиданного фермента — ДНК-полимеразы Zeta.
"Это удивительно, потому что ДНК-полимераза Zeta относится к большому классу ферментов, известных как ДНК-полимеразы, которые характеризуются своей способностью катализировать синтез молекул ДНК на матрице ДНК", — сказал Мирс.
Полимераза Zeta входит в подмножество ДНК-полимераз, известных как транслезионные ДНК-полимеразы. Они обладают уникальными свойствами, позволяющими им синтезировать поврежденную ДНК, вызванную мутагенами, такими как УФ-излучение. Эти полимеразы также важны для таких клеточных процессов, как диверсификация B-клеточных рецепторов.
Мирс объяснил, что молекулы РНК можно рассматривать как кэш в компьютере — кратковременную память, которая не сохраняется стабильно.
"Мы используем новый анализ, при котором дрожжевая хромосомная ДНК была генетически модифицирована для содержания фрагмента последовательности ДНК, который позволяет удалить его только в РНК, активно транскрибируемой с хромосомной ДНК. Это генерирует изменение в последовательности РНК, но не в ДНК", — сказал он.
Если эта "кратковременная память" в форме РНК передается обратно в последовательность ДНК в процессе РНК-матричного ремонта ДНК, она становится "долговременной памятью", хранящейся в ДНК, которую можно рассматривать как жесткий диск.
"Мы поместили эту систему в определенный ген дрожжей, который дает наблюдаемый признак, если этот процесс происходит, что позволяет нам отслеживать процесс репарации", — сказал Мирс.
Используя этот анализ и открытие новой роли ДНК-полимеразы Zeta в РНК-матричном ремонте и модификации ДНК, исследование содержит серию новых открытий. Они помогли команде лучше понять генетические и молекулярные механизмы, с помощью которых РНК может изменять последовательности ДНК в клетках.
Эта работа закладывает основу для изучения роли, которую РНК может играть в модификации геномной последовательности. Она должна позволить в будущем более прямо изучить роль РНК в геномной нестабильности, в частности, у других организмов, включая человека.