Peamine DNA ensüüm talub oodatust rohkem mutatsioone

Peamine DNA ensüüm talub oodatust rohkem mutatsioone
Peamine DNA ensüüm talub oodatust rohkem mutatsioone
Anonim

Paljud meist nägid kooliajal filme ja arvavad, et DNA replikatsioon – raku dubleerimine – hõlmab libisevat topeltspiraali, mis sümfoonilise muusika taustal paisudes laguneb ja moodustab sujuv alt uusi rakke. Kuid viimased teaduslikud uuringud näitavad, et rakkude replikatsioon on tegelikult palju erinev ja palju kaootilisem. Raku erinevate elementide laialdane asendamine võib toimuda kõikvõimalike mõjudega. Need mõjud võivad olla kasulikud, näiteks evolutsioonilises muutuses, või halvad, nagu rakkudes, mis jooksevad amokki ja moodustavad vähki.

Washingtoni ülikooli teadlaste uus uuring näitab, et DNA polümeraas – ensüüm – mida tavaliselt kasutatakse teadusuuringutes, talub paljusid erinevaid mutatsioone ja jääb funktsionaalseks.Avastatud erinevate aktiivsete mutantsete vormide koguarv, 8000, on ilmselt suurim seni teadaolevate polümeraaside raamatukogu – ja see võib olla suurim teadaolevate ensüümide raamatukogu.

"See esitleb terveid evolutsiooni paradigmasid. Nende ensüümide aktiivne ala on üks kõige konserveeritumaid paiku looduses – mille loodus on eales loonud. See ütleb, et kõige konservatiivsem koht looduses on plastiline. Saate sisestada kõik võimalikud mutatsioonid," ütleb kaasautor dr Lawrence Loeb. Leob on Washingtoni ülikooli meditsiinikooli Joseph Gottsteini memoriaalvähiuuringute labori direktor ning patoloogia ja biokeemia professor ning UW meditsiiniteadlaste koolitusprogrammi direktor.

Teine kaasautor on Premal Patel, kes viis läbi uuringud. Ta on meditsiiniteadlaste koolitusprogrammi üliõpilane, doktoriõppes. programm Washingtoni ülikoolis.

Leidud avaldatakse ajakirja Proceedings of the National Academy of Sciences 9. mai numbris.

Polümeraasid on ensüümid – teatud tüüpi valk –, mis võivad replitseerida DNA-d. DNA moodustab geenid, mis annavad meile meie omadused.

Kaasatud polümeraasi nimetatakse Taq-ks, mida kasutatakse kõige sagedamini polümeraasi ahelreaktsioonide (PCR) laborites, mis on geeniuuringutes ja muudel eesmärkidel olulised. PCR võtab väikese koguse DNA-d ja laiendab seda suuremaks koguseks. See on oluline, sest teadlased alustavad sageli väikese koguse DNA-ga ja vajavad uurimiseks suuremat kogust. Seega pannakse Taq katseklaasi, kui meditsiinilised patsiendid saavad geneetilisi teste või kui kohtuekspert uurib kuriteopaiga DNA-d. Teadlased kasutavad Taqi muu hulgas vähi- ja AIDS-i ravimeetodite otsimisel. Patel sisestas Taqi juhuslikud järjestused ja leidis, et paljud erinevad aminohapped asendaksid teisi. See erines tavapärasest tarkusest, mille kohaselt polümeraasi aktiivne koht ei talu muutusi hästi.

"Pärast valikut leidsime, et paljusid erinevaid aminohappeid saab muuta, ilma et see funktsiooni oluliselt mõjutaks, " ütleb Patel. "Me arvame, et ensüümid on väga plastilised."

Uuring võib illustreerida, kuidas bakterid suudavad antibiootikumidele või muudele raviainetele vastu seista. Kuna nende aktiivne koht on nii muutuv, on tõenäolisem, et organismis võib tekkida resistentsusmutatsioon.

Vahepeal on Loebi laboris nüüd 8000 Taqi raamatukogu, mida teadlased nüüd muuks kasutuseks kontrollivad. Mõnda neist variatsioonidest võib kasutada biotehnoloogias, ütleb Patel.

Loebi labor on sisestanud erinevatesse ensüümidesse juhuslikke järjestusi 13 aastat eesmärgiga luua vähi geeniteraapiaid. Loebi labor on katsetanud juhuslike järjestuste sisestamist Taqi teistesse osadesse – mitte sellesse ossa, mis oli hiljutise artikli teema. Selle põhjuseks on asjaolu, et see osa oli looduses kõige konservatiivsem ja ei tundunud selle näo järgi vastuvõtlik paljudele muutustele.

"Eeldasime, et kõige konservatiivsem koht looduses – see on kõigil liikidel – ei muutuks, seega vältisime seda," ütleb Loeb.

Mutatsioonid on Loebi vähikatsete alase töö võti. 25 aastat tagasi teoretiseeris Loeb, et vähi hävitamise mootor oli mutaatori fenotüüp, mille puhul suureneb kasvaja kasvades DNA replikatsiooni vigade määr. Alles viimastel aastatel on katsed näidanud, et Loebi teooria oli õige. Tema eesmärk on nüüd leida viise, kuidas mutatsioonikiirust aeglustada. See vähki ei raviks, kuid tõenäoliselt pikendaks enamiku haigestunute eluiga. Seega oleks lootus kõrvaldada enamik vähisurmadest viivitusega.

"Inimesed kipuvad arvama, et mutatsioonid on konstantsed – justkui saavutaksite aastas teatud taseme," ütleb Loeb. "Mutatsioonimääradega saab manipuleerida. Vähi puhul on eesmärk mutatsiooni kiirust edasi lükata. Taqi puhul on eesmärgiks mutatsioonide suurendamine – mutatsioonide panemine rakku, katseklaasi ja seejärel kasutage olukorda ära."

Populaarne teema