Kuvituskuva Pixabay
Geneettisen materiaalin vakaus on olennaista jokaisen solumme toiminnalle. Kuitenkin onnettomuuksia voi tapahtua, esimerkiksi säteilyjen vaikutuksesta tai DNA:n replikaation aikana tapahtuvista virheistä. Näiden katkosten korjaamiseksi on olemassa erittäin säilyneitä mekanismeja kaikissa lajeissa, jotka vastaavat luotettavasta korjauksesta.
Homologinen rekombinaatio on korkean tarkkuuden korjauspolku, joka käyttää ehjää DNA-molekyyliä, jonka sekvenssi on identtinen, mallina. Tämä sekvenssi voi olla peräisin sisarkromatidista, kaukaisemmasta homologisesta kromosomista tai muista genomissa toistuvista sekvensseistä. Tämän ehjän homologisen kopion on siis oltava tunnistettavissa valtavasta genomista ja ydinalueesta. Miten tätä homologisen neulan etsimistä heinäkasan genomista ohjataan?
Vastaamaan tähän kysymykseen CNRS:n tutkijat ovat kehittäneet korkean läpimenon genomiikkaa hyödyntävän tekniikan nimeltä ssHi-C hiivassa Saccharomyces cerevisiae, joka on malli DNA:n ylläpitomekanismien tutkimiseen. Tämä tekniikka on mahdollistanut katkosten tekemien kontaktien kartoittamisen genomitason mittakaavassa. Nämä tiedot ovat paljastaneet, että homologian etsiminen etenee kahdessa päävaiheessa:
- Ensimmäisessä vaiheessa genomin rakenteen koossapitävät koesinaatit rajoittavat hakua paikallisesti, sillä koesinaatit ovat proteiineja, jotka varmistavat sisarkromatidien koossapidon vangitsemalla DNA:n niiden sisään.
- Toisessa vaiheessa haku vapautuu näistä rajoituksista ja tutkii etäisiä genomisia paikkoja. Tämä pitkän kantaman haku on mahdollista pitkien yksijuosteisten DNA:n tuotannon ja niiden jäykistämisen kautta Rad51-rekombinaasin filamentin muodostumisen avulla. Tämä proteiini, joka katalysoi rekombinaatioon liittyviä tapahtumia, toimii tässä tapauksessa kuin onkivapa ja heittää pitkät yksijuosteiset DNA:t kauas ytimeen. Katkosten molemmat päät etsivät koordinoidusti, ja jos katkon toisessa päässä löytyy homologinen sekvenssi, niin toinen pää etsii lisää lähialueeltaan. Yllättäen tietyt genomiset alueet sitoutuvat katkokseen useammin kuin toiset, kuten kromosomi III. Genomia ei siis kysytä homogeenisesti homologian etsimisessä, mikä viittaa kohdistusmekanismien olemassaoloon, joita tutkitaan myöhemmin.
Nämä havainnot johtavat yleiseen malliin homologian etsimisestä, joka perustuu Rad51-filamentin jäykään rakenteeseen ja sen kumppaneihin. Se avaa uusia tutkimussuuntia, erityisesti ymmärtääksemme syöpäkasvainten supressorgeeneissä, kuten Rad51:n paralogeissa, esiintyviä mutaatioita liittyviä vikoja Rad51-filamentin rakenteen säätelyssä ja homologian etsimisen ulottuvuudessa. Lopuksi ssHi-C-tekniikan, joka on yleisesti sovellettavissa, pitäisi mahdollistaa DNA:n spatiaalisen sijainnin tutkiminen replikaation tai korjauksen aikana monissa organismeissa ja solukonteksteissa.
Viitteet:
Mechanism of homology search expansion during recombinational DNA break repair in Saccharomyces cerevisiae.
A. Dumont, N. Mendiboure, J. Savocco, L. Anani, P. Moreau, A. Thierry, L. Modolo, D. Jost, A. Piazza.
Molecular Cell, 22. elokuuta 2024. DOI: 10.1016/j.molcel.2024.08.003