RNA سلولی، الگویی برای ترمیم DNA آسیب دیده

رشد کلونی های مخمر در چهار رده درون پتری دیش نشان می دهد که DNA به وسیله رونوشت های RNA درون سلولی ترمیم شده است

 

توانایی ترمیم کارآمد در مقابل شکست های خود به خودیDNA ، جهش ها و یا اکسید شدن DNA برای بقای سلول حیاتی می باشد. این ترمیم به طور معمول به وسیله یک توالی DNA سالم مشابه یا هومولوگ انجام می شود. اما اکنون دانشمندان کشف کرده‌اند،RNA  تولید شده درون سلول های مخمر می تواند به عنوان الگویی برای ترمیم آسیب های جدی DNA (شکست در دو رشته مارپیچ DNA) به کار رود.

تحقیقات پیشین نشان داده بود که الیگونوکلئوتیدهای سنتز شده RNA اگر به درون سلول منتقل شوند می توانند به ترمیم شکستگی های DNA کمک کنند، اما مطالعه جدید به نظر می رسد اولین نمونه ای باشد که نشان داده RNA خود سلول می تواند برای نوترکیبی DNA و ترمیم به کار رود. این یافته درک بهتری از چگونگی پایداری ژنوم سلول ها ایجاد می کند. همچنین اگر این اتفاق در سلول های انسانی نیز تایید شود می تواند به عنوان روش درمانی و یا عامل پیش گیری کننده جدیدی برای بیماری های ژنتیکی به کار رود. این یافته ها در ماه سپتامبر در مجله Nature به چاپ رسیده است.

پروفسور Francesca Storice از دانشکده زیست شناسی پژوهشکده تکنولوژی Gorgia و نویسنده اول این مقاله می گوید:

"ما متوجه شدیم که اطلاعات ژنتیکی می توانند از یک RNA به توالی DNA همولوگ جریان داشته باشند. این پروسه باعث انتقال اطلاعات ژنتیکی در جهت معکوس جریانی که به طور معمول اتفاق می افتد می شود. ما کشف کردیم، هنگامی که یک مولکول RNA اندوژن  به DNA هومولوگ دارای شکست متصل می شود، می تواند آسیب های DNA را ترمیم کند. این یافته منجر به شناسایی یک مکانیسم ژنتیکی جدید در نوترکیبی شد."

بیشتر RNA رونویسی شده، به سرعت از هسته به سیتوپلاسم منتقل می شود تا نقش اصلی خود را در رمز برداری ژنتیکی، ترجمه و تنظیم فعالیت های سلولی انجام دهد. به طور کلی، RNA از DNA هسته ای جدا نگه داشته می شود. در واقع، اتصال RNA به DNA کروموزومی برای سلول ها خطرناک می باشد زیرا ممکن است در واکنش طویل شدن رونوشت ها و همانند سازی DNA تداخل ایجاد کرده و باعث ناپایداری ژنومی شود.

این مطالعه مشخص کرد که در حالت استرس ژنومی، مانند شکست در DNA، نقش RNA مکمل متصل شده به DNA می تواند متفاوت بوده و برای سلول سودمند باشد. دکتر Storici می گوید:

"ما مکانیسمی را که در آن RNA رونویسی شده به DNA مکمل دارای شکست متصل می شود و به عنوان الگویی برای نوترکیبی و ترمیم DNA به کار می رود را کشف کرده ایم. این نقش برای تغییر و پایداری ژنوم حیاتی می باشد."

آسیب سلولی می تواند به دلایل مختلف خارج و یا داخل سلولی اتفاق بیافتد. به دلیل اینکه DNA از دو رشته مکمل ساخته شده است، یک رشته می تواند برای ترمیم آسیب وارده به رشته دیگر استفاده شود. اگر سلول دچار شکستگی در دو رشته DNA بشود این ترمیم دچار محدودیت هایی می شود. اتصال ساده دو انتهای شکسته DNA می تواند خطر جهش های ناخواسته یا آرایش مجدد کروموزومی را افزایش داده و منجر به اثرات منفی، مانند سرطان شود. همچنین بدون ترمیم، سلول ممکن است از بین رفته و یا در انجام عملکرد های اصلی دچار مشکل شود.

در سال ۲۰۰۷ گروه تحقیقاتی Storici نشان دادند که RNA سنتز شده مصنوعی، اگر به سلول انتقال پیدا کند می تواند آسیب های DNA را ترمیم کند اما پروسه کاملا کارآمد نبود و سوال هایی در مورد انجام چنین عملی به صورت طبیعی وجود داشت.

برای فهم اینکه آیا رونوشت های RNA سنتز شده درون سلول می توانند برای ترمیم DNA  به کار روند، این گروه آزمایشاتی را با استفاده از مخمر Sccharomyces Cerevisiae ترتیب دادند. محققان روشی برای تفکیک ترمیم به وسیله RNA ساخته شده در سلول های مخمر و مکانیسم آن بر پایه DNA طراحی کردند. این آزمایش ها شامل گونه های جهش یافته فاقد توانایی تبدیل RNA به DNA بودند. آنها سپس یک شکست دو رشته ای در DNA القا کردند و توانایی بقای مخمرها را مورد بررسی قرار دادند.

منطقه ای از DNA که رونوشت RNA از روی آن ساخته می شد دارای ژن نشان گری بود که عملکرد آن به وسیله یک اینترون مهار شده بود.  توالی رونویسی شده RNA، اینترون را از دست می دهد در حالی که DNA که از روی آن رونویسی انجام شده دارای اینترون می باشد و بدین صورت آنها از یکدیگر قابل تفکیک هستند. تنها ترمیمی که به وسیله رونوشت فاقد اینترون انجام می شود، می تواند عملکرد ژن نشانگر را دارا باشد.

دانشمندان موفقیت این آزمایش را با شمارش کلونی های مخمری که در پتری دیش رشد کرده اند اندازه گیری می کنند. زیرا رشد این مخمرها نشان دهنده ترمیم به وسیله RNA  ساخته شده توسط مخمر می باشد. این گروه همچنین متوجه شدند که نزدیک بودن مکان رونویسی RNA به مکان شکست DNA کارایی ترمیم را افزایش می دهد. دکتر Storici معتقد است این نوع ترمیم در دیگر سلول ها نیز انجام می شود و انواع مختلفی از RNA  در این فرآیند می توانند شرکت داشته باشند.

او می گوید:

"ما نشان دادیم که جریان انتقال اطلاعات ژنتیکی از RNA  به DNA تنها به تلومر ها و retro-element ها محدود نمی شود و حتی در رونوشت های معمول سلولی نیز اتفاق می افتد و آن را به یک واقعه معمول در سلول بدل می کند. تمام RNA های سلول به صورت بالقوه قابلیت انجام چنین عملکردی را دارند."

دکتر Storici امیدوار است که در مورد این مکانیسم اطلاعات بیشتری شامل چگونگی تنظیم آن و اینکه آیا این فرآیند در سلول های انسانی نیز اتفاق می افتد، به دست بیاورد. اگر چنین پروسه ای در سلول های انسانی نیز وجود داشته باشد می توان از آن برای درمان و یا پیشگیری بیماری های ناشی از آسیب های ژنتیکی استفاده کرد.

او می افزاید:

"سلول ها میزان زیادی از رونوشت های RNA  را در طول زندگی سنتز می کنند، در نتیجه RNA  می تواند تاثیر غیر قابل وصفی در پایداری ژنومی داشته باشد. ما باید بدانیم که در کدام حالت، سلول ها نوترکیبی RNA-DNA را فعال می کنند. اطلاع بیشتر در زمینه این واکنش مولکولی می تواند به ما در مورد دستکاری این پروسه برای درمان و یا پیشگیری بیماری ها کمک کمد."

 

منبع: Nature

  • نویسنده : بهزاد دماوند
  • تاریخ انتشار : ۰۵-۰۸-۹۳