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/