Новое открытие показывает, что клетки человека могут записывать последовательности РНК в ДНК

Клетки содержат механизм, который дублирует ДНК в новый набор, который попадает во вновь сформированную клетку.

До сих пор считалось, что полимеразы (ферменты) работают только в одном направлении — из ДНК в ДНК или РНК. Это предотвращает перезапись сообщений РНК обратно в ДНК. Теперь исследователи из Университета Томаса Джефферсона предоставляют первое свидетельство того, что сегменты РНК могут быть записаны обратно в ДНК, что потенциально бросает вызов центральной догме биологии и может иметь широкие последствия, влияющие на многие области биологии.

«Эта работа открывает двери для многих других исследований, которые помогут нам понять важность наличия механизма для преобразования сообщений РНК в ДНК в наших собственных клетках», — говорит Ричард Померанц, один из авторов исследования.

Тот факт, что человеческая полимераза может делать это с высокой эффективностью, вызывает много вопросов. Например, это открытие предполагает, что сообщения РНК могут использоваться в качестве шаблонов для восстановления или перезаписи геномной ДНК.

Исследователи изучили одну очень необычную полимеразу, называемой полимеразой тета*. Из 14 ДНК-полимераз в клетках млекопитающих только три выполняют основную часть работы по дублированию всего генома для подготовки к делению клетки.

Остальные 11 в основном участвуют в обнаружении и ремонте разрыва или ошибки в цепях ДНК. Полимераза тета восстанавливает ДНК, но очень подвержена ошибкам и допускает множество ошибок или мутаций.

Таким образом, исследователи заметили, что некоторые из «плохих» качеств полимеразы тета были теми же, что и у другой клеточной машины, она часто встречается у вирусов — обратная транскриптаза. Как и полимераза тета, обратная транскриптаза ВИЧ действует как ДНК-полимераза, но также может связывать РНК и считывать РНК обратно в цепь ДНК.

В серии экспериментов исследователи протестировали тета-полимеразу против обратной транскриптазы ВИЧ, которая является одной из наиболее изученных в своем роде. Они показали, что полимераза тета способна преобразовывать сообщения РНК в ДНК, что она и делала так же, как обратная транскриптаза ВИЧ, и что на самом деле она справлялась лучше, чем при дублировании ДНК в ДНК.

Полимераза тета была более эффективной и вносила меньше ошибок при использовании матрицы РНК для записи новых сообщений ДНК, чем при дублировании ДНК в ДНК, предполагая, что эта функция могла быть ее основной целью в клетке.

Ученые использовали рентгеновскую кристаллографию для определения структуры и обнаружили, что эта молекула способна изменять форму, чтобы приспособиться к более объемной молекуле РНК — уникальное достижение среди полимераз.

«Наши исследования показывают, что основная функция полимеразы тета — действовать как обратная транскриптаза», — говорят ученые.

«В здоровых клетках целью этой молекулы может быть РНК-опосредованная репарация ДНК. В нездоровых клетках, таких как раковые клетки, полимераза тета сильно экспрессируется и способствует росту раковых клеток и устойчивости к лекарствам. Будет интересно понять, как активность полимеразы тета на РНК способствует репарации ДНК и пролиферации раковых клеток».

Работа была опубликована в журнале Science Advances.

*ДНК-полимераза тета — это фермент, который у человека кодируется геном POLQ. Эта полимераза играет ключевую роль в одном из трех основных путей репарации двухцепочечных разрывов: тета-опосредованном соединении концов.