Een baanbrekende en verrassende ontdekking zorgt voor een grote conceptuele verandering van wat het belangrijkst is voor cellen:de getrouwheid van het DNA-transcriptieproces - het nauwkeurig kopiëren van de DNA-boodschap in RNA, de voorloper van eiwitten - of DNA-reparatie, waardoor gebroken chromosomen niet verloren gaan. Zoals gerapporteerd in het journaal Natuur , onderzoekers vonden dat in het modelorganisme E coli , de betrouwbaarheid van het transcriberen van DNA gaat ten koste van DNA-herstel.

"Als je een groep wetenschappers zou vragen wat belangrijker is voor een cel, het behoud van de integriteit van zijn DNA dat alle genetische informatie van het organisme bevat, of de trouw van transcriptie - het proces dat DNA in RNA transcribeert, wat leidt tot eiwitsynthese - de overgrote meerderheid is het ermee eens dat het repareren van DNA belangrijker is, " zei corresponderende auteur Dr. Christophe Herman, universitair hoofddocent moleculaire en menselijke genetica en moleculaire virologie en microbiologie aan het Baylor College of Medicine. "In dit onderzoek laten we het tegenovergestelde zien."

Het is algemeen bekend dat DNA-breuken lastig zijn voor cellen omdat ze grote instabiliteit in de genen van de cel of celdood kunnen veroorzaken, indien niet correct gerepareerd. In tegenstelling tot, fouten tijdens transcriptie worden over het algemeen als minder belangrijk beschouwd omdat het transcript tijdelijk is, en als er een defect is, cellen kunnen er nog een maken. Om deze redenen, de meeste onderzoekers zijn van mening dat het herstel van DNA-breuken zwaarder zou wegen dan transcriptie om de DNA-integriteit te beschermen, en voorkomen dat cellen hun chromosomen verliezen.

"Wetenschappers bestuderen al tientallen jaren DNA-reparatie en hebben er veel informatie over gegenereerd. Ter vergelijking:we weten weinig over transcriptietrouw, " zei Herman, die ook lid is van het Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center. "Mijn lab bestudeert al 12 jaar de betrouwbaarheid van transcriptie. We hebben jaren geleden aangetoond dat transcriptiefouten kunnen leiden tot erfelijke veranderingen. Dat deed ons denken dat transcriptietrouw misschien belangrijker is dan we aanvankelijk dachten. In dit onderzoek wilden we om de gevolgen van het verwijderen van GreA te onderzoeken, een factor die bijdraagt ​​aan de betrouwbaarheid van het transcriptieproces op de bacterie E coli , op DNA-breukreparatie."

Een onverwachte ontdekking

"Na het verwijderen van GreA, bacteriën waren honderden keren efficiënter in het herstellen van DNA-schade veroorzaakt door medicijnen die straling nabootsen, " zei eerste auteur Dr. Priya Sivaramakrishnan, een doctoraat student in het Herman lab tijdens de ontwikkeling van dit project. "Bacteriën kunnen DNA-breuken veel sneller repareren als GreA afwezig is."

Om vast te stellen hoe het gebrek aan transcriptiegetrouwheid kan leiden tot snellere reparatie, de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe methode voor het sequencen van het hele genoom, die ze eXOnucleases-sequencing (XO-seq) hebben genoemd, om de verschillende stappen van DNA-herstel in levende cellen fysiek te visualiseren. Met behulp van deze en andere methoden, de onderzoekers bepaalden het moleculaire mechanisme waarmee verlies van GreA DNA-herstel bevordert.

De bevinding dat de transcriptiegetrouwheidsfactor GreA DNA-herstel verhindert, vertegenwoordigt een grote paradigmaverschuiving in de DNA-wereld, omdat het impliceert dat het verzekeren van een goede transcriptiegetrouwheid ten koste gaat van het verlagen van het vermogen van de cel om DNA te repareren. "Dat was totaal onverwacht, ' zei Herman.

"Om een ​​proces te hebben dat helpt bij het transcriberen van DNA in hoogwaardig RNA dat hoogwaardige eiwitten zal produceren, bacteriën betalen een honderdvoudige prijs in DNA-reparatie-efficiëntie, " zei co-auteur Dr. Susan Rosenberg, Ben F. Love Chair in Cancer Research en hoogleraar moleculaire en menselijke genetica, van moleculaire virologie en microbiologie en van biochemie en moleculaire biologie bij Baylor. Rosenberg is ook leider van het Cancer Evolvability Program bij het Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center in Baylor.

"Het behoud van de basisbiologie van nucleïnezuren van bacteriën tot mensen is enorm, " zei Rosenberg. "We veronderstellen dat dit mechanisme ontdekt is in E coli kan ook in andere cellen aanwezig zijn, die gevolgen zou hebben op een aantal gebieden, van kanker tot evolutie."