Komórki zdolne są do duplikacji DNA do nowego zestawu, który przechodzi do nowo utworzonej komórki .Maszyny tej samej klasy, zwane polimerazami, również budują wiadomości RNA, które są jak notatki skopiowane z centralnego repozytorium przepisów DNA, dzięki czemu można je skuteczniej odczytywać z białek. Ale uważano, że polimerazy działają tylko w jednym kierunku DNA na DNA lub RNA. Zapobiega to przepisaniu wiadomości RNA z powrotem do głównej księgi receptur genomowego DNA. Teraz naukowcy z Thomas Jefferson University dostarczają pierwszego dowodu na to, że segmenty RNA można wpisać z powrotem do DNA, co potencjalnie podważa centralny dogmat biologii i może mieć szerokie implikacje wpływające na wiele jej dziedzin.
„Badania te otwierają drzwi do wielu innych badań, które pomogą nam zrozumieć znaczenie mechanizmu przekształcania wiadomości RNA w DNA w naszych własnych komórkach” – mówi dr Richard Pomerantz, profesor biochemii i biologii molekularnej na Uniwersytecie Thomasa Jeffersona. „Fakt, że ludzka polimeraza może przeprowadzać taki mechanizm i to z wysoką wydajnością, rodzi wiele pyta”. Na przykład odkrycie to sugeruje, że wiadomości RNA można wykorzystać jako szablony do naprawy lub przepisywania genomowego DNA.
Badania zostały opublikowane 11 czerwca w czasopiśmie Science Advances.
Zespół pod przewodnictwem dr Pomerantza rozpoczął od zbadania jednej bardzo niezwykłej polimerazy, zwanej polimerazą teta (POLQ). Pośród 14 polimeraz DNA w komórkach ssaków tylko trzy wykonują większość pracy polegającej na powielaniu całego genomu w celu przygotowania do podziału komórki. Pozostałe 11 jest głównie zaangażowanych w wykrywanie i naprawę w przypadku pęknięcia lub błędu w niciach DNA. Polimeraza teta naprawia DNA, ale jest bardzo podatna na błędy i powoduje wiele błędów lub mutacji. Naukowcy zauważyli zatem, że niektóre ze „złych” właściwości polimerazy teta były wspólne z inną maszyną komórkową, choć bardziej powszechną u wirusów – odwrotną transkryptazą. Podobnie jak polimeraza teta, odwrotna transkryptaza HIV działa jak polimeraza DNA, ale może również wiązać RNA i odczytywać RNA z powrotem do nici DNA.
W serii eksperymentów naukowcy przetestowali polimerazę teta przeciwko odwrotnej transkryptazie wirusa HIV, która jest jedną z najlepiej zbadanych tego typu. Wykazali, że polimeraza teta była zdolna do przekształcania wiadomości RNA w DNA, co robiła, podobnie jak odwrotna transkryptaza HIV, i że faktycznie wykonała lepszą pracę niż przy duplikowaniu DNA do DNA. Polimeraza teta była bardziej wydajna i wprowadzała mniej błędów podczas używania szablonu RNA do pisania nowych danych DNA niż podczas duplikacji DNA w DNA, co sugeruje, że ta funkcja może być jej głównym celem w komórce.
Grupa współpracowała z laboratorium dr Xiaojiang S. Chen w USC i wykorzystała krystalografię rentgenowską do zdefiniowania struktury i odkryła, że ta cząsteczka była w stanie zmienić kształt, aby pomieścić bardziej masywną cząsteczkę RNA – wyczyn wyjątkowy wśród polimeraz.
„Nasze badania sugerują, że główną funkcją polimerazy teta jest działanie jako odwrotna transkryptaza” – mówi dr Pomerantz. „W zdrowych komórkach celem tej cząsteczki może być naprawa DNA za pośrednictwem RNA. W niezdrowych komórkach, takich jak komórki rakowe, polimeraza teta ulega silnej ekspresji i promuje wzrost komórek rakowych oraz lekooporność. Aktywność polimerazy teta na RNA przyczynia się do naprawy DNA i proliferacji komórek rakowych”.
