Повреждение ДНК
ДНК постоянно повреждается под воздействием различных факторов как внутри организма, так и снаружи. Особенно тяжёлой формой повреждения является двунитевой разрыв, при котором разрываются обе нити двойной спирали ДНК.
Двунитевые разрывы — одна из самых сложных для клеток форм повреждения ДНК, поскольку они нарушают непрерывность ДНК и не оставляют неповреждённого шаблона для создания новых цепей. Неправильный ремонт таких разрывов может привести к другим мутациям, которые делают геном нестабильным и повышают риск развития многих заболеваний, включая рак, нейродегенеративные заболевания и иммунодефицит.
Клетки в основном восстанавливают двунитевые разрывы путём соединения разорванных концов ДНК или использования другой молекулы ДНК в качестве шаблона для ремонта. Однако моя команда и я обнаружили, что РНК, тип генетического материала, наиболее известный своей ролью в производстве белков, неожиданно играет ключевую роль в облегчении ремонта этих вредных разрывов.
Роль РНК в восстановлении ДНК
Эти открытия могут не только проложить путь для новых стратегий лечения генетических нарушений, рака и нейродегенеративных заболеваний, но и улучшить технологии редактирования генов.
Я потратил последние два десятилетия на изучение взаимосвязи между РНК и ДНК, чтобы понять, как клетки поддерживают целостность генома и как эти механизмы можно использовать для генной инженерии.
Долгое время оставался нерешённым вопрос о том, помогает ли РНК в клетках поддерживать стабильность генома, помимо того, что она служит копией ДНК в процессе производства белков и регулятором экспрессии генов. Изучение того, как РНК может это делать, было особенно сложным из-за её сходства с ДНК и того, как быстро она разрушается. Также технически сложно определить, работает ли РНК напрямую для восстановления ДНК или косвенно регулирует этот процесс.
Методы исследования
Мы использовали инструмент для редактирования генов CRISPR-Cas9, чтобы сделать разрывы в определённых местах ДНК человека и дрожжевых клеток. Затем мы проанализировали, как РНК влияет на различные аспекты процесса восстановления, включая эффективность и результаты.
Мы обнаружили, что РНК может активно направлять процесс восстановления двунитевых разрывов. Она делает это, связываясь с разорванными концами ДНК, помогая выровнять последовательности ДНК на соответствующей неповреждённой цепи. РНК также может запечатывать разрывы или удалять несоответствующие сегменты, дополнительно влияя на то, будет ли исходная последовательность восстановлена и как именно.
Кроме того, мы обнаружили, что РНК способствует восстановлению двунитевых разрывов как в дрожжевых, так и в человеческих клетках, что позволяет предположить, что её роль в восстановлении ДНК эволюционно сохранена у разных видов. Примечательно, что даже низкие уровни РНК были достаточны для влияния на эффективность и результаты восстановления, указывая на её широкую и ранее не признанную функцию в поддержании стабильности генома.
Выяснив ранее неизвестную функцию РНК по восстановлению повреждений ДНК, наши результаты показывают, как РНК может напрямую способствовать стабильности и эволюции генома. Она не просто пассивный мессенджер, но активный участник в поддержании генома.