Biyolojide önemli keşif: insan hücreleri RNA dizilerini DNA'ya yazabiliyor
Biyolojide uzun süredir devam eden dogmaya meydan okuyan bir keşifte araştırmacılar, memeli hücrelerinin RNA dizilerini tekrar DNA'ya dönüştürebildiğini gösteriyor.
Hücreler, yeni oluşan bir hücre için DNA'yı kopyalayan makineler içerir. Polimeraz adı verilen bu hücresel makine sınıfı, merkezi DNA deposundan kopyalanan notlar gibi RNA mesajları oluşturur, böylece proteinlere daha verimli bir şekilde okunabilirler. Ancak polimerazların yalnızca tek yönde DNA'da DNA veya RNA'da çalıştığı düşünülüyordu. Bu, RNA mesajlarının genomik DNA'nın ana tarif kitabına yeniden yazılmasını önler; yani ana kitabı korur. Şimdi, Thomas Jefferson Üniversitesi araştırmacıları, RNA segmentlerinin tekrar DNA'ya yazılabileceğine dair ilk kanıtları sunuyor; bu, potansiyel olarak biyolojideki merkezi dogmaya meydan okuyor ve biyolojinin birçok alanını etkileyen geniş etkilere sahip olabilir.
Thomas Jefferson Üniversitesi'nde biyokimya ve moleküler biyoloji doçenti olan 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. Bir insan polimerazının bunu yüksek verimlilikle yapabileceği gerçeği, birçok soruyu gündeme getiriyor." diyor. Örneğin, bu bulgu, RNA mesajlarının genomik DNA'yı onarmak veya yeniden yazmak için şablonlar olarak kullanılabileceğini düşündürmektedir.
Çalışma, Science Advances dergisinde 11 Haziran'da yayınlandı .
Sahnede yeni oyuncu: Polimeraz teta
Çalışmanın ilk yazarı Gurushankar Chandramouly ve diğer ortak çalışanlarla birlikte, Dr. Pomerantz'ın ekibi, polimeraz teta ( Polθ ) adı verilen çok sıra dışı bir polimerazı araştırarak işe koyuldu.
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. Polimeraz teta DNA'yı onarır, ancak hataya çok açıktır ve birçok hata veya mutasyon yapar. Araştırmacılar, polimeraz teta'nın bazı "kötü" niteliklerinin, virüslerde daha yaygın bulunan ters transkriptaz adlı başka bir hücresel makineyle paylaştığı nitelikler olduğunu fark ettiler. Polimetaz teta gibi, HIV ters transkriptaz da bir DNA polimerazı gibi davranır.
Bir dizi incelikli deneyde, araştırmacılar, polimeraz teta'yı, türünün en iyi araştırılan enzimlerinden biri olan HIV'den gelen ters transkriptaz karşısında test etti. Polimeraz teta'nın RNA mesajlarını DNA'ya dönüştürebildiğini, bunun HIV ters transkriptaz kadar iyi sıra yaptığını ve aslında DNA'yı DNA'ya kopyalamaktan daha iyi bir iş çıkardığını gösterdiler. Polimeraz teta, yeni DNA mesajları yazmak için bir RNA şablonu kullanıldığında, DNA'yı DNA'ya kopyalamaya kıyasla daha verimliydi ve daha az hataya neden oldu; bu, bu işlevin hücredeki birincil amacı olabileceğini düşündürdü.
Grup, Dr. Xiaojiang S. Chen'in USC'deki laboratuvarıyla işbirliği yaptı ve yapıyı tanımlamak için x-ışını kristalografisini kullandı ve bu molekülün, polimerazlar arasında benzersiz bir başarı olan daha hacimli RNA molekülünü barındırmak için şekil değiştirebildiğini buldu.
Dr. Pomerantz, "Araştırmamız, polimeraz tetanın ana işlevinin bir ters transkriptaz olarak hareket etmek olduğunu gösteriyor" diyor. "Sağlıklı hücrelerde, bu molekülün amacı RNA aracılı DNA onarımına yönelik olabilir. Kanser hücreleri gibi sağlıksız hücrelerde, polimeraz teta yüksek oranda eksprese edilir ve kanser hücresi büyümesini ve ilaç direncini destekler. Nasıl olduğunu daha fazla anlamak heyecan verici olacak. Polimeraz tetanın RNA üzerindeki aktivitesi, DNA onarımına ve kanser hücresi çoğalmasına katkıda bulunur."
Gurushankar Chandramouly, Jiemin Zhao, Shane McDevitt, Timur Rusanov, Trung Hoang, Nikita Borisonnik, Taylor Treddinick, Felicia Wednesday Lopezcolorado, Tatiana Kent, Labiba A. Siddique, Joseph Mallon, Jacklyn Huhn, Zainab Shoda, Ekaterina Kashkina, Alessandra Brambati, Jeremy M. Stark, Xiaojiang S. Chen, Richard T. Pomerantz. Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair. Science Advances, 11 June 2021; 7 (24): eabf1771
