Νέα ανακάλυψη κλονίζει το κεντρικό δόγμα της βιολογίας. New discovery shows human cells can write RNA sequences into DNA

Η δυνατότητα μεταγραφής του RNA σε DNA είχε παρατηρηθεί μέχρι σήμερα μόνο σε ιούς. In a discovery that challenges long-held dogma in biology, researchers show that mammalian cells can convert RNA sequences back into DNA, a feat more common in viruses than eukaryotic cells. Image: Thomas Jefferson University

Οι πληροφορίες που περιέχει το DNA αντιγράφονται σε μόρια RNA τα οποία με τη σειρά τους δίνουν εντολή για την παραγωγή πρωτεϊνών. Αυτό είναι με λίγα λόγια το λεγόμενο «κεντρικό δόγμα της Βιολογίας» για τη ροή της γενετικής πληροφορίας στα κύτταρα.

Σχηματικά τo κεντρικό δόγμα της Βιολογίας. Ο όρος προτάθηκε για πρώτη φορά το 1958 από τον Φυσικό Francis Crick, ο οποίος μαζί με τον James Watson ανακάλυψαν την δομή του DNA.

Μόνο που το δόγμα δείχνει τώρα να ανατρέπεται από μελέτη που υποδεικνύει ότι η πληροφορία μπορεί να κινείται και στην αντίθετη κατεύθυνση, με τα κύτταρα να αντιγράφουν τις πληροφορίες του RNA πίσω σε μόρια DNA.

Είναι ένα φαινόμενο που μέχρι σήμερα είχε καταγραφεί σε ιούς, όχι όμως και στα κύτταρα ευκαρυωτικών οργανισμών όπως ο άνθρωπος.

Η μελέτη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Science Advances «ανοίγει την πόρτα για επόμενες έρευνες που θα μας βοηθήσουν να καταλάβουμε ποια μπορεί να είναι η σημασία αυτού του μηχανισμού» λέει ο Ρίτσαρντ Πόμεραντζ του Πανεπιστημίου «Τόμας Τζέφερσον» στη Φιλαδέλφεια, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

Πολυμεράση

An overview of the (basic) central dogma of molecular biochemistry with all enzymes labeled.

Τα κύτταρα αντιγράφουν τα μόρια DNA ή RNA με ένζυμα που ονομάζονται πολυμεράσες. Τρεις τέτοιες πολυμεράσες αναλαμβάνουν να δημιουργήσουν αντίγραφα του γενετικού υλικού μας όταν τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται, ενώ 11 άλλες πολυμεράσες ευθύνονται για άλλες λειτουργίες, όπως για παράδειγμα η επιδιόρθωση τυχόν βλαβών στην αλληλουχία του DNA.

Τα κύτταρα αντιγράφουν τα μόρια DNA ή RNA με ένζυμα που ονομάζονται πολυμεράσες. Τρεις τέτοιες πολυμεράσες αναλαμβάνουν να δημιουργήσουν αντίγραφα του γενετικού υλικού μας όταν τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται, ενώ 11 άλλες πολυμεράσες ευθύνονται για άλλες λειτουργίες, όπως για παράδειγμα η επιδιόρθωση τυχόν βλαβών στην αλληλουχία του DNA.

Η νέα μελέτη αφορά την πολυμεράση θήτα, μια από τις πολυμεράσες του μηχανισμού γενετικής επιδιόρθωσης, η οποία όμως κάνει συχνά λάθη και εισάγει έτσι μεταλλάξεις στο ανθρώπινο γονιδίωμα.

Ο Πόμεραντζ άρχισε να διερευνά το θέμα όταν παρατήρησε ότι η πολυμεράση θήτα είναι εξίσου επιρρεπής σε λάθη με μια πολυμεράση του ιού HIV που ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφάση.

Ο HIV χρησιμοποιεί το RNA ως μόριο γενετικού υλικού. Η αντίστροφη μεταγραφάση του επιτρέπει να αντιγράφει (ή μεταγράφει) τα γονίδιά του σε μόρια DNA, τα οποία στη συνέχεια ενσωματώνονται στα ανθρώπινα χρωμοσώματα.

Ένζυμα αντίστροφης μεταγραφάσης υπάρχουν σε πολλούς ακόμα ιούς με γενετικό υλικό RNA, υποτίθεται όμως ότι δεν υπάρχουν στα ζώα.

Κι όμως, τα εργαστηριακά πειράματα έδειξαν ότι η πολυμεράση θήτα μπορεί να μεταγράφει το RNA σε DNA εξίσου καλά με την αντίστροφη μεταγραφάση του HIV. Οι επιδόσεις της στη μετατροπή του RNA σε DNA ήταν μάλιστα καλύτερες από ό,τι στην απλή επιδιόρθωση του DNA, η οποία υποτίθεται ότι είναι η βασική λειτουργία του ενζύμου.

«Η μελέτη μας υποδεικνύει ότι βασική λειτουργία της πολυμεράσης θήτα είναι να δρα ως αντίστροφη μεταγραφάση» λέει ο Πόμεραντζ. «Το γεγονός ότι μια ανθρώπινη πολυμεράση μπορεί να κάνει κάτι τέτοιο και μάλιστα με υψηλή αποτελεσματικότητα εγείρει πολλά ερωτήματα» συνεχίζει ο ερευνητής.

Όπως εικάζει, η λειτουργία αντίστροφης μεταγραφάσης δεν αποκλείεται να συνδέεται με την επιδιόρθωση του DNA, καθώς θα επέτρεπε στα κύτταρα να χρησιμοποιούν τα έτοιμα μόρια RNA ως «πρωτότυπο» με βάση το οποίο διορθώνουν τα ελαττωματικά μόρια DNA.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να έχουν σημασία και για την αντιμετώπιση του καρκίνου. Όπως λέει ο Πόμεραντζ, «στα καρκινικά κύτταρα, η πολυμεράση θήτα παράγεται σε υψηλά επίπεδα και ενισχύει την ανάπτυξη του καρκίνου και την εμφάνιση ανθεκτικότητας στα φάρμακα».

Δεδομένου όμως ότι η ανακάλυψη έρχεται σε αντίθεση με την κρατούσα άποψη της Γενετικής, τα ευρήματα θα πρέπει να επιβεβαιωθούν με νέες μελέτες.

Πηγές:  Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abf1771 - https://www.jefferson.edu/about/news-and-events/2021/6/discovery-shows-human-cells-can-write-rna-sequences-to-dna.html - https://www.in.gr/2021/06/14/b-science/episthmes/enzymo-ton-anthropinon-kyttaron-deixnei-na-katarriptei-kentriko-dogma-tis-viologias/

 

 

Η NASA επιστρέφει στην Αφροδίτη. NASA Selects 2 Missions to Study ‘Lost Habitable’ World of Venus

Οι νέες αποστολές θα ρίξουν φως στο πώς η Αφροδίτη έγινε μια καυτή και πνιγηρή «κόλαση», με θερμοκρασίες που λιώνουν ακόμη και μέταλλα, παρόλο που κατά τα άλλα έχει πολλές ομοιότητες με τη Γη και κάποτε υπήρξε πιθανώς ο πρώτος κατοικήσιμος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος, με ωκεανό και «γήινο» κλίμα. Venus hides a wealth of information that could help us better understand Earth and exoplanets. NASA's JPL is designing mission concepts to survive the planet's extreme temperatures and atmospheric pressure. This image is a composite of data from NASA's Magellan spacecraft and Pioneer Venus Orbiter. Credits: NASA/JPL-Caltech

Η Αμερικανική Διαστημική Υπηρεσία (NASA) ανακοίνωσε ότι επέλεξε, έπειτα από 30 χρόνια απουσίας, να πραγματοποιήσει δύο νέες αποστολές στην Αφροδίτη, τον κοντινότερο πλανήτη στη Γη, αλλά αγνοημένο μέχρι σήμερα εξαιτίας του άκρως αφιλόξενου περιβάλλοντος του.

An artist's concept of active volcanos on Venus, depicting a subduction zone where the foreground crust plunges into the planet's interior at the topographic trench. Credit: NASA/JPL-Caltech/Peter Rubin

Οι νέες αποστολές θα ρίξουν φως στο πώς η Αφροδίτη έγινε μια καυτή και πνιγηρή «κόλαση», με θερμοκρασίες που λιώνουν ακόμη και μέταλλα, παρόλο που κατά τα άλλα έχει πολλές ομοιότητες με τη Γη και κάποτε υπήρξε πιθανώς ο πρώτος κατοικήσιμος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος, με ωκεανό και «γήινο» κλίμα. Όμως κάτι συνέβη και, σύμφωνα με την κυρίαρχη επιστημονική υπόθεση, η Αφροδίτη έπεσε θύμα ενός εκτός ελέγχου «φαινομένου του θερμοκηπίου», κάτι που μερικοί προειδοποιούν ότι μπορεί να αποτελεί το μακρινό μέλλον και της ίδια της Γης, αν δεν τεθεί υπό έλεγχο η κλιματική αλλαγή.

Venus, our planetary neighbor, is a hot, hellish unforgiving world and NASA has selected two bold new missions to study this inferno-like planet: DAVINCI+ and VERITAS. Are Venus and Earth fundamentally unique worlds? Or are the differences between these ‘twins’ only cosmetic? Answering this question is key to understanding what makes other rocky planets habitable and, ultimately, emerge with life. Credits: NASA/JPL-Caltech

Οι δύο αποστολές, που θα αποτελέσουν μέρος του ευρύτερου προγράμματος Discovery της NASA και προγραμματίζεται να εκτοξευθούν τη διετία 2028-2030, ονομάσθηκαν DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry and Imaging) και VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography and Spectroscopy).

DAVINCI+ will send a meter-diameter probe to brave the high temperatures and pressures near Venus’ surface to explore the atmosphere from above the clouds to near the surface of a terrain that may have been a past a continent. During its final kilometers of free-fall descent (shown here), the probe will capture spectacular images and chemistry measurements of the deepest atmosphere on Venus for the first time. Credits: NASA GSFC visualization by CI Labs Michael Lentz and others

Η πρώτη αποστολή θα μελετήσει τη σύνθεση της ατμόσφαιρας της Αφροδίτης για να κατανοήσει την εξέλιξη της και να προσδιορίσει με βεβαιότητα αν όντως κάποτε ο πλανήτης διέθετε ωκεανό. Θα πρόκειται για μια σφαιρική διαστημοσυσκευή που θα «βουτήξει» μέσα στην πυκνή ατμόσφαιρα κυρίως από νέφη θειικού οξέος και διοξείδιο του άνθρακα και θα κάνει ακριβείς μετρήσεις.

DAVINCI+ uses observations from both above and within the planetary atmosphere to answer major questions about how Venus was formed, has evolved, and possibly lost its habitability (and past surface oceans). Its “natural vertical mobility” extends from the top of the atmosphere, through the clouds, and then throughout the deep atmosphere to just above the surface, where imaging of mountain landscapes in 3D will be undertaken together with detailed chemistry. Credits: NASA GSFC visualization and CI Labs Michael Lentz and colleagues

Επίσης θα τραβήξει τις πρώτες υψηλής ανάλυσης φωτογραφίες μοναδικών γεωλογικών χαρακτηριστικών της Αφροδίτης. Την επιστημονική ευθύνη της DAVINCI+ θα έχει το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard στο Μέριλαντ.

This artist's concept shows the proposed VERITAS spacecraft using its radar to produce high-resolution maps of Venus' topographic and geologic features. Credit: NASA/JPL-Caltech

Η δεύτερη αποστολή VERITAS θα χαρτογραφήσει την επιφάνεια της Αφροδίτης για να ρίξει φως στη γεωλογική ιστορία της Αφροδίτης και γιατί εξελίχθηκε τόσο διαφορετικά από εκείνη της Γης. Μια διαστημοσυσκευή θα τεθεί σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη, διαθέτοντας νέας τεχνολογίας ραντάρ που θα δημιουργήσει τρισδιάστατες αναπαραστάσεις της τοπογραφίας του πλανήτη και θα επιβεβαιώσει ότι υπάρχει τεκτονική των πλακών και ηφαιστειακή δραστηριότητα. Επίσης θα καταγράψει τις υπέρυθρες εκπομπές από την επιφάνεια. Την επιστημονική ευθύνη της αποστολής θα έχει το Εργαστήριο Αεριώθησης (JPL) στην Καλιφόρνια, ενώ θα συμβάλουν και οι τρεις ευρωπαϊκές διαστημικές υπηρεσίες (γερμανική, γαλλική, ιταλική), κατασκευάζοντας διάφορα επιστημονικά όργανα για το σκάφος.

NASA has selected the DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble-gases, Chemistry and Imaging +) mission as part of its Discovery program, and it will be the first spacecraft to enter the Venus atmosphere since NASA’s Pioneer Venus in 1978 and USSR’s Vega in 1985. Named for visionary Renaissance artist and scientist, Leonardo da Vinci, the DAVINCI+ mission will bring 21st-century technologies to the world next door. DAVINCI+ may reveal whether Earth’s sister planet looked more like Earth’s twin planet in a distant, possibly hospitable past with oceans and continents. Video credit: NASA's Goddard Space Flight Center

«Είναι εκπληκτικό πόσα λίγα πράγματα ξέρουμε για την Αφροδίτη, όμως τα συνδυασμένα αποτελέσματα των δύο αποστολών θα μας πουν πολλά για τον πλανήτη, από τα σύννεφα στον ουρανό μέχρι τα ηφαίστεια στην επιφάνεια του και τον ίδιο τον πυρήνα του. Θα είναι σαν να ανακαλύπτουμε ξανά τον πλανήτη», δήλωσε ο Τομ Βάγκνερ, επιστήμονας του προγράμματος Discovery της NASA.

Πηγές: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-2-missions-to-study-lost-habitable-world-of-venus - https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-to-explore-divergent-fate-of-earth-s-mysterious-twin-with-goddard-s-davinci - https://www.jpl.nasa.gov/news/veritas-exploring-the-deep-truths-of-venus - https://www.amna.gr/home/article/558625/I-NASA-exiggeile-duo-nees-amerikanikes-apostoles-stin-Afroditi-