Координация удаления гибридов РНК-ДНК

Две исследовательские группы под руководством профессоров Брайана Люка и Хелле Ульрих из Института молекулярной биологии расшифровали, как координируются два фермента, RNase H2 и RNase H1, для удаления гибридных структур РНК-ДНК с хромосом. Гибриды РНК-ДНК важны для регуляции генов и репарации ДНК, но их избыток опасен и может привести к нейродегенеративным заболеваниям и раку.

В статье, опубликованной в Cell Reports, Люк и Ульрих показывают, что фермент RNase H2 удаляет гибриды РНК-ДНК в основном после репликации ДНК (в G2-фазе). Оставшиеся гибридные структуры затем удаляет RNase H1, который действует независимо от клеточного цикла.

R-петли — особый тип гибрида РНК-ДНК, где цепь РНК вытесняет одну из цепей ДНК. Они могут регулировать активность генов, но их неправильное удаление повреждает ДНК, вызывая мутации.

Удаление R-петель катализируют ферменты RNase H1 и RNase H2, расщепляющие цепь РНК. Кроме того, RNase H2 обладает вторичной способностью вырезать ошибочно встроенные в ДНК рибонуклеотиды в процессе рибонуклеотид-эксцизионной репарации (RER).

Чтобы определить роли ферментов, команды создали дрожжи, экспрессирующие RNase H1 и H2 только в определённые фазы клеточного цикла, и обработали их метилметансульфонатом (MMS), который увеличивает образование R-петель.

Результаты:

• Дрожжи, экспрессирующие RNase H2 только в G2-фазе, были устойчивы к MMS.
• Дрожжи, экспрессирующие RNase H2 только в S-фазе (репликация ДНК), были более чувствительны.
• Экспрессия RNase H1 в любой фазе (G2 или S) обеспечивала выживаемость.
• RNase H2 в S-фазе вызывал больше повреждений ДНК, для репарации которых требовалась гомологичная рекомбинация — путь, ранее не известный для этой фазы.

Вывод: RNase H2 действует как "домашний" фермент, удаляющий большинство гибридов, но строго регулируется клеточным циклом и активен только после репликации ДНК (в G2). Это, вероятно, связано с его RER-активностью, которая создаёт разрывы в ДНК, опасные во время репликации в S-фазе. RNase H1, не обладающий RER-активностью, служит резервным ферментом, способным действовать в любой фазе цикла, включая S-фазу.

Исследование помогает понять, как клетки репарируют повреждения ДНК, связанные с гибридами РНК-ДНК, и как нарушения этого процесса приводят к болезням.