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Um novo estudo ajuda a pintar uma imagem totalmente nova de como as células bacterianas reparam continuamente seções defeituosas de seu DNA.

Publicado on-line em 16 de maio na revista célulaO relatório descreve o mecanismo molecular por trás de uma via de reparo do DNA que neutraliza a incorporação errônea de um tipo específico de bloco de construção molecular, ribonucleotídeos, em códigos genéticos. Esses erros são comuns na cópia de código em bactérias e outros organismos.

Como a incorporação incorreta de ribonucleotídeos pode levar a alterações prejudiciais no código de DNA (mutações) e quebras de DNA, todos os organismos desenvolveram uma via de reparo de DNA chamada reparo por excisão de ribonucleotídeo (RER) que repara rapidamente esses erros.

No ano passado, uma equipe liderada por Evgeny A. Nudler, PhDa professora Julie Wilson Anderson de Bioquímica na Departamento de Bioquímica e Farmacologia Molecular na NYU Langone Health, publicou duas análises de reparo de DNA em seres vivos E. coli células. Eles descobriram que a maioria dos reparos de certos tipos de danos no DNA (grandes lesões), como os causados ​​pela radiação ultravioleta, podem ser feitos identificando primeiro as seções danificadas do código por uma máquina de proteínas chamada RNA polimerase. A RNA polimerase se move ao longo da cadeia de DNA, lendo o código das “letras” do DNA enquanto transcreve as instruções em moléculas de RNA, que então direcionam a montagem da proteína.

dr Nudler e colegas descobriram que a RNA polimerase também encontra lesões no DNA durante esse processo de transcrição e então serve como uma plataforma para a construção de uma máquina de reparo de DNA chamada complexo de reparo por excisão de nucleotídeos (NER). O NER então remove o DNA defeituoso encontrado e o substitui por uma cópia exata. Sem a ação da RNA polimerase, pouco ou nenhum NER ocorre em bactérias vivas.

Agora o novo estudo está em célula fornece a primeira evidência de que o RER, como na via de sinalização NER, está fortemente acoplado à transcrição. Os autores do estudo encontraram evidências de que a principal enzima envolvida no RER, RNaseHII, também funciona em conjunto com a RNA polimerase enquanto procura por ribonucleotídeos mal incorporados nas cadeias de DNA de células bacterianas vivas.

“Nossos resultados continuam a estimular o repensar de certos princípios básicos no campo do reparo do DNA”, diz o Dr. Nudler, também pesquisador do Howard Hughes Medical Institute. “Para o futuro, nossa equipe planeja investigar se a RNA polimerase escaneia o DNA em busca de todos os tipos de problemas e desencadeia reparos em todo o genoma, não apenas em bactérias, mas também em células humanas”.

Técnicas de última geração

Ribonucleotídeos (os blocos de construção do RNA) e desoxirribonucleotídeos (componentes do DNA) são compostos relacionados. À medida que as células copiam e montam cadeias de DNA em células bacterianas, elas muitas vezes incorporam erroneamente ribonucleotídeos em cadeias de DNA, em vez de desoxirribonucleotídeos, porque diferem apenas em um único átomo de oxigênio, dizem os autores do estudo. Nas células bacterianas, sabe-se que a DNA polimerase III comete cerca de 2.000 desses erros cada vez que copia o material genético de uma célula. Para manter a integridade do genoma, a maioria dos ribonucleotídeos mal colocados é removida pela via RER. Uma questão importante, no entanto, era como o RNaseHII encontra lesões relativamente raras de ribonucleotídeos tão rapidamente no meio de um “oceano” de códigos de DNA celular intactos.

Como em seus estudos de 2022, os pesquisadores usaram espectrometria de massa quantitativa e reticulação proteína-proteína in vivo para mapear as distâncias entre proteínas quimicamente ligadas para determinar as principais superfícies de RNaseHII e RNA polimerase enquanto estão em células bacterianas vivas para interagir. Dessa forma, eles descobriram que a maioria das moléculas de RNaseHII se acopla à RNA polimerase.

Além disso, eles usaram microscopia eletrônica criogênica (CryoEM) para capturar as estruturas de alta resolução de RNaseHII ligada à polimerase de RNA e revelar as interações proteína-proteína que definem o complexo RER. Além disso, experimentos genéticos direcionados à estrutura que enfraqueceram a interação RNA polimerase/RNaseHII prejudicaram o RER.

“Este trabalho apóia um modelo no qual o RNaseHII procura no DNA por ribonucleotídeos extraviados, montando no topo da RNA polimerase à medida que se move ao longo do DNA”, diz o primeiro autor do estudo, Zhitai Hao, um pós-doutorado do Dr. Laboratório de Nudler. “Este trabalho é fundamental para nossa compreensão fundamental do processo de reparo do DNA e tem implicações clínicas de longo alcance”.

Referência: Hao Z, Gowder M, Proshkin S, et al. A RNA polimerase conduz o reparo do DNA através da excisão de ribonucleotídeos E. coli. célula. 2023. doi: 10.1016/j.cell.2023.04.029

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