РНК играет неизвестную ранее роль в репарации повреждений ДНК
Исследователи под руководством Франчески Сторичи из Технологического института Джорджии обнаружили новую функцию молекул РНК. Ранее они были известны в основном как посредники в синтезе белка, перенося инструкции от ДНК к рибосомам. Однако команда выяснила, что РНК также может помогать клеткам восстанавливать серьёзные повреждения ДНК — двуцепочечные разрывы (DSB).
Двуцепочечный разрыв означает, что обе нити спирали ДНК разорваны. Это опасное повреждение, которое может привести к мутациям, гибели клетки или раку. Интересно, что такие разрывы могут вызывать и методы лечения рака, например, химио- и лучевая терапия.
Десять лет назад Сторичи и её коллеги обнаружили, что РНК может служить матрицей для репарации DSB. Теперь же они выяснили, что РНК может напрямую способствовать механизмам ремонта таких разрывов. Исследование проводилось на клетках человека и дрожжей и опубликовано в Nature Communications.
Как работает РНК-«прораб»
Ключевой механизм, который выявили учёные, заключается в том, что молекулы РНК могут помогать удерживать и позиционировать разорванные концы ДНК на месте, облегчая процесс восстановления.
Если последовательность РНК комплементарна участку разрыва ДНК, она действует как каркас или направляющая. Она показывает клеточным механизмам, где нужно производить ремонт, выходя за рамки своей традиционной кодирующей функции.
Клетки эволюционировали, чтобы иметь несколько инструментов для ремонта DSB. Команда Сторичи показала, что РНК может влиять на выбор инструмента, в зависимости от своей комплементарности к разорванным цепям ДНК. Таким образом, РНК выступает не только как «посыльный» для производства белков, но и как «прораб» и «рабочий» в ремонте ДНК.
Математика проливает свет
В исследовании использовались вариационно-дистанционные графы для визуализации миллионов событий репарации DSB. Этот математический подход, разработанный в сотрудничестве с экспертами по математике из Университета Южной Флориды (Наташа Йоноска), выявил значительные различия в эффективности репарации в зависимости от положения разрыва.
«Эти результаты подчеркивают критическую роль математической визуализации в понимании сложных биологических механизмов», — сказала Йоноска.
Будущее терапии и эволюции
Более глубокое понимание роли РНК в репарации ДНК может привести к новым стратегиям:
- Укрепления механизмов восстановления в здоровых клетках.
- Снижения вредных эффектов от химио- и лучевой терапии.
- Разработки новых методов лечения рака и других генетических заболеваний.
«РНК имеет гораздо более широкую функцию, чем мы знали, — сказала Сторичи. — Эта работа открывает новые пути для изучения того, как РНК можно использовать в здравоохранении».
Открытия в этой области могут повлиять на развитие генной терапии, новых методов лечения рака, стратегий против старения и даже на наше понимание того, как организмы адаптируются и эволюционируют.