Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Cell dergisinde 16 Mayıs'ta yayımlanan ve internet üzerinden erişime açılan çalışma, belirli bir moleküler yapı taşı sınıfı olan ribonükleotidlerin genetik kodlara yanlış yerleştirilmesini önleyen bir DNA onarım yolunun altında yatan moleküler süreci açıklıyor. Bu hatalar sıklıkla bakteriler ve diğer canlılar kod kopyalarken ortaya çıkar. Tüm hayvanlarda ribonükleotid eksizyon onarımı (RER) olarak adlandırılan ve bu tür hataları hızla düzelten evrimsel bir DNA onarım sistemi vardır, çünkü ribonükleotidlerin yanlış yerleştirilmesi zarar verici DNA kodu değişikliklerine (mutasyonlara) ve DNA kırılmalarına yol açabilir.

NYU Langone Health Biyokimya ve Moleküler Farmakoloji Bölümü'nde Julie Wilson Anderson Profesörü olan Evgeny Nudler yönetimindeki bir ekip tarafından aktif E. coli hücrelerinde DNA onarımı üzerine yapılan iki çalışma geçen yıl yayınlandı. UV ışınlarının yol açtığı hasarlar da dahil olmak üzere bazı DNA hasarlarının (büyük lezyonlar) büyük ölçüde onarılabildiğini, çünkü hasarlı kod parçalarının RNA polimeraz olarak bilinen bir protein makinesi tarafından zaten tanındığını keşfettiler. DNA zinciri boyunca ilerlerken RNA polimeraz, talimatları RNA moleküllerine dönüştürmek için DNA "harflerinin" kodunu okur ve daha sonra proteinlerin sentezini sağlar.

Nudler ve meslektaşlarının araştırmasına göre, RNA polimeraz transkripsiyon işlemi sırasında DNA hasarlarını da tespit ediyor. Bu keşif, bir DNA onarım aracı olan nükleotid eksizyon onarım (NER) kompleksinin bir araya gelmesinin yolunu açıyor. Kusurlu DNA daha sonra NER tarafından çıkarılır ve tam bir kopyası ile değiştirilir. Canlı bakterilerde, RNA polimerazın etkisi olmadan gerçekleşen çok az NER vardır.

Cell dergisinde yayımlanan mevcut çalışma, RER'in tıpkı NER yolunda olduğu gibi transkripsiyonla güçlü bir şekilde bağlantılı olduğuna dair ilk kanıtı sunuyor. Çalışmanın yazarları, RNA polimerazın, aktif bakteri hücrelerinin DNA zincirlerinde yanlış birleşmiş ribonükleotidleri aramak için önemli RER enzimi RNaseHII ile birlikte çalıştığının kanıtını keşfetti.

Howard Hughes Tıp Enstitüsü'nde araştırmacı olan Nudler'a göre, "sonuçlarımız DNA onarımı alanındaki bazı temel ilkelerin yeniden düşünülmesine ilham vermeye devam ediyor." Ekibimiz, RNA polimerazın DNA'da herhangi bir anormallik olup olmadığını kontrol edip etmediğini ve bakterilerin yanı sıra insan hücrelerinde de genom çapında onarım başlatıp başlatmadığını incelemeye devam edeceğini ifade etmiştir. 

En İleri Teknikler

DNA'yı oluşturan deoksiribonükleotidler ve RNA'yı oluşturan ribonükleotidler birbirleriyle ilişkili maddelerdir. Çalışmanın yazarlarına göre, deoksiribonükleotidler ve ribonükleotidler sadece bir oksijen atomu ile farklılık gösterdiğinden, bakteri hücreleri DNA zincirlerini kopyalayıp oluştururken ribonükleotidler sıklıkla DNA zincirlerine yanlış bir şekilde dahil edilmektedir. DNA polimeraz III bir hücrenin genetik materyalini her kopyaladığında, bakteri hücrelerinde bu hatalardan yaklaşık 2.000 tanesini yaptığı bilinmektedir. Yanlış yerleştirilmiş ribonükleotidlerin çoğu, genom bütünlüğünü korumak için RER yolu tarafından ortadan kaldırılır, ancak RNaseHII'nin nispeten nadir görülen ribonükleotid lezyonlarını sağlam hücresel DNA kodları "okyanusu" arasında nasıl bu kadar hızlı bulduğu önemli bir gizem olmuştur.

RNaseHII ve RNA polimerazın canlı bakteri hücrelerinde etkileşime girdikleri kritik arayüzler, araştırmacılar tarafından 2022'deki çalışmalarında yaptıkları gibi kantitatif kütle spektrometrisi ve in vivo protein-protein çapraz bağlama kullanılarak tanımlandı. Çoğu RNaseHII molekülünün RNA polimeraz ile bu şekilde bağlandığını keşfettiler.

Buna ek olarak, kriyojenik elektron mikroskobu (CryoEM) kullanarak RNA polimeraza bağlı RNaseHII'nin yüksek çözünürlüklü yapılarını yakaladılar ve RER kompleksini karakterize eden protein-protein etkileşimlerini ortaya çıkardılar. Dahası, RER, RNA polimeraz ve RNaseHII arasındaki bağlantıyı azaltan yapı güdümlü genetik çalışmalardan zarar gördü.

Nudler'in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Zhitai Hao, çalışmanın baş yazarıdır. "Bu çalışma, RNaseHII'nin DNA boyunca hareket ederken RNA polimerazın üzerine binerek yanlış yerleştirilmiş ribonükleotidler için DNA'yı taradığı bir modeli destekliyor" diye ekliyor. Bu araştırma, DNA onarımına ilişkin temel anlayışımızı ilerletmek için çok önemlidir ve önemli klinik sonuçları vardır.

Kaynaklar: https://phys.org/news/2023-05-reveal-dna-mechanism.html / Evgeny Nudler, RNA Polymerase Drives Ribonucleotide Excision DNA Repair in E. coli, Cell (2023). 

Alper DEMİREZEN