پیشرفتی چشمگیر در ترمیم DNA

DNA  طرح اولیه زندگی است، اما دائماً از سوی منابع مختلف آسیب مورد حمله قرار می گیرد. DNA به طور مداوم در معرض منابع مختلف آسیب، مانند اشعه ماوراء بنفش، مواد شیمیایی، یا خطاهای حین همانندسازی قرار می گیرد.

به گزارش تک‌ناک، یکی از جدی ترین انواع آسیب، شکستن دو رشته ای است که در آن هر دو رشته مارپیچ  DNA  قطع می شوند. این مسئله می تواند منجر به مرگ سلولی یا جهش شود که باعث بیماری‌هایی مانند سرطان می شود.

نوترکیبی همولوگ

خوشبختانه طبیعت راهی برای رفع این شکاف‌ها از طریق نوترکیبی همولوگ (HR) دارد. این فرآیند شامل پروتئینی به نام RecA (یا معادل آن در ارگانیسم‌های مختلف) است که به انتهای تک رشته‌ای از DNA شکسته متصل می‌شود و دنباله‌ای منطبق را در یک DNA دو رشته‌ای دست نخورده در نزدیکی جستجو می‌کند. هنگامی که مطابقت را پیدا کرد، تک رشته را وارد مارپیچ دوگانه می‌کند و شکستگی را با استفاده از الگوی DNA سالم ترمیم می‌کند.

این فرآیند برای حفظ یکپارچگی و تنوع DNA ضروری است، اما RecA دقیقاً چگونه مکان مناسبی را برای قرار دادن تک رشته پیدا می‌کند؟ آیا رشته دوتایی را باز می کند تا دنباله منطبق را آشکار کند، یا به نوعی در امتداد مارپیچ می لغزد بدون اینکه مزاحمتی ایجاد کند؟

محققان دانشگاه متروپولیتن توکیو با آزمایش دو مدل رقیب HR این معما را حل کرده‌اند. آنها از نسخه جهش یافته RecA استفاده کردند که نمی‌توانست رشته دوتایی را باز کند و میزان چرخش در DNA را در طول فرآیند اندازه گیری کردند.

آنها به این نتیجه رسیدند که RecA دو رشته را در مرحله جستجو باز نمی کند، بلکه تنها زمانی که تک رشته را به مارپیچ وارد می کند، آن را باز می‌کند. این بدان معنی است که RecA می تواند مطابقت را بدون ایجاد اختلال در ساختار DNA پیدا کند، که با توجه به پیچیدگی و تنوع توالی های DNA قابل توجه است.

این کشف، مکانیسم و کارایی منابع انسانی را که پیامدهایی برای تحقیقات حوزه سرطان دارد، روشن می کند. به عنوان مثال، برخی از ژن های مرتبط با سرطان سینه، مانند BRCA1 و  BRCA2، DNA  تک رشته ای را روی RecA یا همتای انسانی آن یعنی RAD51  بارگذاری می‌کنند. اگر این ژن‌ها معیوب باشند، HR  ممکن است از کار بیفتد یا مستعد خطا شود که منجر به آسیب بیشتر DNA و خطر سرطان شود. محققان امیدوارند با درک نحوه عملکرد  RecA، راه‌های جدیدی برای پیشگیری یا درمان سرطان ناشی از HR معیوب پیدا کنند.

این مطالعه در مجله Nucleic Acids Research منتشر شد.