A biológia újabb dogmája dőlt meg, és ez sok mindenre hatással lehet

RNS-lánc illusztrációja

Újabb dogma dőlt meg a molekuláris biológiában: az emlős sejtek is tudnak RNS mintáról DNS-másolatot létrehozni. Eddig azt gondoltuk, erre a trükkre csak a vírusok képesek.

Valamennyi magvas sejtünk tartalmazza azt a molekuláris masinériát, amely ahhoz szükséges, hogy sejtosztódás előtt másolatot készítsen a sejt teljes DNS-állományáról. A nukleinsavakat másoló fehérjegépezetek, a polimerázok családjába nemcsak a DNS-t másoló enzimek tartoznak, hanem ide sorolódnak azok a rokon enzimek is, amelyek a DNS-ről RNS-üzeneteket, hírvivő RNS-eket képeznek.

A hírvivő RNS-eket felfoghatjuk a terjedelmes DNS-könyv lapjairól készült kópiáknak is, amelyek az egyes fehérjék elkészítéséhez szükséges információt a sejtmagból a sejtplazmába szállítják.

Az hírvivő RNS életciklusa eukarióta sejtben Forrás: Wikipedia

Mindeddig úgy tudtuk, hogy az emlős sejtek ezt a kétféle polimerázt: a DNS-ról DNS-re másoló, illetve a DNS-ről RNS-re átíró fajtát tartalmazzák, így bennük nincs meg a lehetősége annak, hogy egy RNS-üzenet visszamásolódjék a DNS mesterkönyvébe.

Most azonban a Thomas Jefferson Egyetem kutatói elsőként találtak bizonyítékot arra, hogy egyes RNS-üzenetdarabkák igenis visszaíródhatnak DNS-sé az emlős sejtekben.

Ez kibillentené sarkából a molekuláris biológia ún. központi dogmáját, amely kimondja, hogy a genetikai információ a DNS-től az RNS-en át a fehérjék felé áramlik, és nem ellenkezőleg. A központi dogma persze a szó szoros értelmében jó ideje megdőlt már, hiszen a vírusok között régóta tudunk olyanokról – köztük a HIV-ről –, amelyek életciklusuk részeként saját RNS-génállományukról DNS-másolatot készítenek, hogy azt beépítsék a gazdasejt génállományába.

Ám eddig úgy tudtuk, hogy az a képesség a HIV-et is magában foglaló víruscsoport, a retrovírusok kizárólagos sajátja, és ha ez nem így van, annak a biológia számos ágára nézve komoly következményei lehetnek.

HIV illusztrációja Forrás: Afp

„Munkánk egy sor további kutatás felé nyitja meg az utat, amelyeknek azt kell majd tisztázniuk, mi a jelentősége a saját sejtjeinkben egy RNS-üzeneteket DNS-re visszafordító mechanizmus meglétének – nyilatkozta Richard Pomerantz, a Thomas Jefferson Egyetem biokémia és molekuláris biológia tanára. – A tény, hogy egy emberi polimeráz képes erre a mutatványra, méghozzá nagy hatékonysággal, rengeteg újabb kérdést vet fel."

A felfedezésből következik például, hogy az RNS-üzenetek mintaként lehetnek használhatók a genomi DNS javításához vagy átszerkesztéséhez.

A szerzők a Science Advances folyóirat június 11-i számában tették közzé eredményeiket.

A trükk kulcsa: a polimeráz théta

A közlemény írójával, Gurushankar Chandramoulyval és más munkatársakkal együtt Pomerantz és csoportja eredetileg egy igen különleges polimeráz, a polimeráz théta körül kezdett vizsgálódni. Az emlős sejtekben fellelhető 14-féle polimeráz közül a sejtosztódás előtti DNS-megkettőzés hatalmas munkájában csak három vesz részt; a maradék 11 leginkább a DNS-szálak töréseit és meghibásodásait javítgatja-foldozgatja.

A polimeráz théta is tud DNS-hibát javítani, de rendkívül pontatlanul dolgozik, és maga is számos hibát ejt, mutációkat állít elő. A kutatók arra lettek figyelmesek, hogy a polimeráz théta ezen előnytelen tulajdonságaiban egy másik polimerázzal, az eddig csak vírusokból ismert reverz transzkriptázzal osztozik.

A polimeráz thétához hasonlóan a reverz transzkriptáz is tud DNS-polimerázként működni, ugyanakkor az RNS-t is képes mintaként felismerni és DNS-sé átírni.

A kutatók elegáns kísérletek sorozatában hasonlították össze a polimeráz théta és a HIV reverz transzkriptáz viselkedését. Megmutatták, hogy a polimeráz théta ugyanolyan jól át tudja fordítani az RNS-üzeneteket DNS-re, mint a HIV reverz transzkriptáz,

sőt: igazából jobban teljesít ebben a feladatban, mint a DNS-ről DNS-re másolásban.

A polimeráz théta hatékonyabb volt és kevesebbet hibázott, amikor RNS-mintáról készített DNS-átiratot, mint amikor DNS-t másolt DNS-re, amiből arra lehet következtetni, hogy

inkább az előbbi, mint az utóbbi lehet a sejtben betöltött elsődleges funkciója.

RNS-lánc illusztrációja Forrás: Science Photo Library

A csoport Dr. Xiaojiang S. Chen röntgenkrisztallográfiás laborjával együttműködve meghatározta a polimeráz théta szerkezetét, amiből kiderült, hogy a molekula alakváltoztatásra képes, aminek révén a nagyobb kiterjedésű RNS-molekulát is be tudja fogadni. E képességével a théta egyedi a polimerázok között.

Kutatásunk azt sugallja, hogy a polimeráz théta fő funkciója a reverz transzkripció lehet

– jelentette ki Pomerantz. – Egészséges sejtekben ennek a működésnek a célja az RNS-irányította DNS-javítás lehet. Beteg, például daganatos sejtekben a polimeráz théta magas szinten expresszálódik, előmozdítja a daganat növekedését, és elősegíti a gyógyszerrezisztenciát.

Izgalmas lesz a mélyére ásni annak, hogyan járul hozzá a polimeráz théta RNS-átíró aktivitása a DNS-javításhoz és a ráksejtek szaporodásához."