Zelluläre RNA kann die DNA-Reparatur in Hefe- Vorlage

Die Fähigkeit, genau zu reparieren DNA durch spontane Fehler , Oxidation oder Mutagene beschädigt ist entscheidend für das Überleben von Zellen. Diese Reparatur wird normalerweise durch ein identisches oder homologe intakten DNA-Sequenz durchgeführt , aber Forscher haben nun gezeigt , dass die RNA in den Zellen einer gemeinsamen Bäckerhefe hergestellt als eine Matrize für die Reparatur der DNA-Schäden verheerenden dienen - einen Bruch in beiden Strängen eine DNA-Helix .


Das Wachstum der angeh Hefekolonien in den vier Patches an der Unterseite der Petrischale zeigt, dass DNA wurde durch die Verwendung von RNA -Transkripts innerhalb der Zellen repariert.
Credit: Georgia Tech Foto: Rob Filz

Frühere Forschung hatte , dass synthetische RNA-Oligonukleotide in Zellen eingebracht könnte Reparatur DNA-Brüche helfen gezeigt, aber die neue Studie wird angenommen, dass die erste zu zeigen, dass eigene RNA einer Zelle könnte für die DNA- Rekombination und Reparatur verwendet werden kann. Die Feststellung, ein besseres Verständnis, wie Zellen aufrechtzuerhalten genomische Stabilität, und wenn das Phänomen erstreckt sich auch auf menschliche Zellen , könnte möglicherweise zu neuen therapeutischen oder Präventionsstrategien für genetisch- basierte Krankheit führen.

Die Forschung wurde von der National Science Foundation , der National Institutes of Health und der Georgia Research Alliance unterstützt. Die Ergebnisse wurden geplant, um in der Zeitschrift Nature berichtet werden.

" Wir haben festgestellt , dass genetische Informationen von RNA in DNA in einer Homologie risch zu einer homologen DNA-Sequenz zu fließen, von zellulären RNA ", sagte Francesca Storici , außerordentlicher Professor an der Fakultät für Biologie an der Georgia Institute of Technology und Senior- Autor des Papiers . " Dieser Vorgang bewegt die genetische Information in die entgegengesetzte Richtung, aus der er normalerweise fließt . Wir haben gezeigt, dass, wenn eine endogene RNA -Molekül kann zu tempern , um homologe DNA , ohne entfernt zu werden, kann der die RNA die beschädigte DNA zu reparieren. Dieses Ergebnis zeigt die Existenz eines neuen Mechanismus der genetischen Rekombination. "

Meisten neu transkribierter RNA schnell aus dem Zellkern in das Cytoplasma von Zellen exportiert seine vielen wichtigen Rollen in der kodierenden Gens und die Expression durchzuführen, und bei der Regulation der Zellvorgänge. Im Allgemeinen wird RNA von gehalten - oder von entfernt - Kern-DNA . In der Tat ist es bekannt, dass Tempern der RNA mit komplementärer chromosomalen DNA ist für Zellen gefährlich, da sie die Transkription Dehnung und die DNA-Replikation beeinträchtigt Förderung Genominstabilität .

Diese neue Studie zeigt, dass unter den Bedingungen der genotoxisch Stress , Wie beispielsweise einem Bruch in der DNA kann die Rolle der RNA komplementären DNA gepaart mit unterschiedlich und vorteilhaft sein kann, für eine Zelle . "Wir entdeckten ein Mechanismus, in dem Transkript RNA hybridisiert mit komplementären DNA gebrochene und dient als Vorlage für die Rekombination und die DNA-Reparatur, und hat somit eine Rolle sowohl bei der Änderung und Stabilisieren des Genoms " erläutert Storici .

DNA-Schädigungen können aus einer Vielzahl von Ursachen, sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle auftreten. Weil die DNA besteht aus zwei komplementären Strängen kann ein Strang normalerweise verwendet, um eine Beschädigung der anderen zu reparieren. Wenn die Zelle erhält Bruch in beiden Strängen jedoch - als Doppelstrangbruch bekannt - die Reparaturmöglichkeiten sind begrenzt. Einfach Wiederverbinden der Bruchenden ein hohes Risiko von unerwünschten Mutationen oder Chromosomen Umlagerung , die unerwünschte Effekte wie Krebs verursachen können. Ohne erfolgreiche Reparatur , jedoch kann die Zelle sterben oder nicht in der Lage für die Durchführung wichtiger Funktionen .

Ab 2007 zeigte Storici Forschungsteam , dass synthetische RNA in Zellen eingeführt - einschließlich menschlicher Zellen - könnte DNA-Schäden zu reparieren , aber der Prozess ineffizient war und es gab Fragen darüber, ob der Prozess könnte natürlich vorkommen.

Um herauszufinden, ob Zellen endogene RNA-Transkripte nutzen könnten finden, um DNA-Schäden zu reparieren, sie und Doktoranden Havva Keskin und Ying Shen - entwickelt Experimente mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae , die weit im Labor verwendet wird - , die erste und zweite Autoren auf dem Papier sind für Genetik und Gentechnik . Die Forscher entwickelten eine Strategie für die Unterscheidung von körpereigenen Reparatur- RNA von der Reparatur von den normalen DNA basierten Mechanismen in den angehenden Hefezellen , einschließlich der Verwendung von Mutanten, die die Fähigkeit, die RNA in eine DNA-Kopie umwandeln fehlte . Sie induziert dann eine DNA- Doppelstrangbruch in das Hefegenom und beobachtet, ob der Organismus konnte überleben und wachsen durch die Behebung der Schäden mit nur Transkript RNA innerhalb der Zellen .

Die DNA- Region, die das Transkript erzeugt wurde konstruiert, um ein Marker-Gen durch ein Intron , das eine Sequenz, die während des Prozesses der Transkription nur aus der RNA entfernt wird unterbrochen enthalten , erläutert Keskin . Nach Intron Entfernung hat das Transkript RNA-Sequenz keine Introns , während die DNA-Region , die die Abschrift erzeugt behält sich das Intron ; sie sind daher zu unterscheiden . Nur die Reparatur durch den Niederschrift ohne die Intron Templat kann die Funktion eines homologen Markergens , in der die DNA- Doppelstrangbruch induziert wiederherzustellen, fügte sie hinzu.

Die Forscher messen Erfolg durch Zählen der Anzahl von Hefe- Kolonien, die auf einer Petrischale , die anzeigt, dass die Reparatur war von endogenen RNA vorgenommen. Die Tests wurden auf zwei Arten von Brüchen , einer in der DNA von dem das RNA-Transkript hergestellt worden war , und das andere in einer homologen Sequenz von einem anderen Ort in der DNA durchgeführt .

Das Forschungsteam , die sich auch Wissenschaftler Drexel University, gefunden , dass die Nähe der RNA an die unterbrochene DNA erhöht die Effizienz der Reparatur und dass die Reparatur erfolgte über homologe Rekombination . Storici glaubt, dass die Reparaturmechanismen können in Zellen über Hefe funktioniert, und dass viele Arten von RNA verwendet werden.

" Wir zeigen , dass der Fluss der genetischen Information von RNA in DNA ist nicht auf und Telomeren - Elemente retro, sondern tritt mit einem generischen zellulären Transkript , so dass es eher ein allgemeines Phänomen als erwartet ", erklärte sie . " Potenziell jede RNA in der Zelle könnte über diese Funktion. "

Für die Zukunft hofft Storici , um mehr über den Mechanismus zu erfahren, einschließlich dessen, was regelt . Sie möchte auch erfahren , ob es in menschlichen Zellen stattfindet. Wenn ja, kann die Auswirkungen für die Behandlung oder Verhinderung von Krankheiten, die durch genetische Schäden verursacht werden können.

" Die Zellen synthetisieren viele RNA-Transkripte während ihrer Lebensspanne , daher kann RNA eine unerwartete Auswirkungen auf die genomische Stabilität und Plastizität ", sagte Storici , der auch ein Georgia Research Alliance Distinguished Scientist Cancer . " Wir müssen verstehen, in welchen Situationen Zellen würden RNA-DNA -Rekombination zu aktivieren. Ein besseres Verständnis dieser molekularen Prozess könnte auch helfen, uns zu manipulieren Mechanismen zur Therapie , so dass wir , um eine Krankheit zu behandeln oder zu verhindern, dass es überhaupt. "