صورة جديدة لإصلاح الدنا في البكتيريا

نشأت مؤخرًا صورة جديدة مختلفة جذريًا عن كيفية إصلاح الخلايا البكتيرية باستمرار للأجزاء الخاطئة من الدنا DNA. وفي منتصف مايو الماضي أضافت دراسة جديدة في مجلة Cell لفريق بحثي من مدرسة جروسمان للطب في جامعة نيوورك، جزءًا هاما في هذه الصورة. يصف البحث الآلية الجزيئية التي تقف وراء مسار إصلاح الدنا الذي يقاوم التضمين الخاطئ لنوع معين من لبنات البناء الجزيئية، وهي الريبونوكليوتيدات، داخل الشفرة الجينية. تتكرر مثل هذه الأخطاء في عملية انتساخ الشفرة في البكتيريا والكائنات الحية الأخرى. وبالنظر إلى أن التداخل الخاطئ للريبونوكليوتيد يمكن أن يؤدي إلى تغييرات ضارة في كود الدنا (طفرات)، فنجد أن لدى جميع الكائنات الحية مسار لإصلاح الدنا يسمى إصلاح استئصال الريبونوكليوتيد (RER) وهو الذي يصلح مثل هذه الأخطاء بسرعة. في العام الماضي، نشر فريق بقيادة د. إيفجيني نودلر Evgeny Nudler، وأستاذة جولي ويلسون أندرسون Julie Wilson Anderson في مركز لانجون هيلث الطبي بجامعة نيويورك، تحليلين لإصلاح الدنا في خلايا الإشريكية القولونية E. coli الحية. ووجدوا أن معظم إصلاح أنواع معينة من تلف الدنا (الآفات الضخمة bulky lesions) -مثل تلك التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية- يمكن أن تحدث لأن أقسام الكود التالفة تم التعرف عليها أولاً بواسطة إنزيم بوليميراز الرنا RNA polymerase. تعمل محركات بوليميراز الرنا أسفل سلسلة الدنا، وتقرأ شفرة الدنا أثناء انتساخ التعليمات إلى جزيئات الرنا، والتي توجه بناء البروتين بعد ذلك. وجد نودلر وزملاؤه أنه خلال عملية الانتساخ هذه، يجد بوليميراز الرنا أيضًا آفات الحمض النووي، ثم يعمل كمنصة لتجميع آلة إصلاح دنا تسمى مجمع إصلاح النوكليوتيدات بالحذف (NER). يقوم NER بعد ذلك بقص الدنا الخاطئ الذي تم العثور عليه واستبداله بنسخة دقيقة. بدون عمل بوليميراز الرنا، سيحدث القليل من عمليات إصلاح النوكليوتيدات بالحذف، هذا إن وجدت من الأساس في البكتيريا الحية. تقدم الدراسة الجديدة في مجلة CELL الآن الدليل الأول على أنه، كما هو الحال في مسار إصلاح NER، يرتبط مسار RER ارتباطًا وثيقًا بعملية الانتساخ. وجد مؤلفو الدراسة دليلاً على أن الإنزيم الرئيسي المنخرط في عملية في إصلاح استئصال الريبونوكليوتيد؛ إنزيم ريبونوكلياز HII، يتعاون أيضًا مع بوليميراز الرنا أثناء مسحه بحثًا عن ريبونوكليوتيدات مدمجة في سلاسل الحمض النووي للخلايا البكتيرية الحية. الريبونوكليوتيدات (مكونات الرنا) والنيكليوتيدات (مكونات الدنا) هي مركبات وثيقة صلة. ونظرًا لأن الخلايا تنسخ وتبني سلاسل الدنا في الخلايا البكتيرية، فإنها غالبًا ما تدمج عن طريق الخطأ ريبونوكليوتيدات في سلاسل الدنا بدلاً من النيكليوتيدات، ذلك لأنها تختلف بزيادة ذرة أكسجين واحدة فقط. في الخلايا البكتيرية، من المعروف أن بوليميراز الدنا DNA polymerase III يرتكب حوالي 2000 خطأ من هذه الأخطاء في كل مرة يقوم فيها بنسخ المادة الوراثية للخلية. وللحفاظ على سلامة الجينوم ، تتم إزالة الجزء الأكبر من الريبونوكليوتيدات التي أتت في غير محلها عن طريق مسار إصلاح استئصال الريبونوكليوتيد، ولكن كان السؤال الرئيسي هو عن كيفية اكتشاف ريبونوكلياز HII للآفات الريبونوكليوتيدية النادرة نسبيًا وسط "محيط" من أكواد الدنا السليمة بهذه السرعة. كما فعلوا في دراساتهم لعام 2022، استخدم الباحثون في هذه الدراسة مطياف الكتلة الكمي والربط المتشابك للبروتين-بروتين في الوسط الحيوي لرسم خريطة للمسافات بين البروتينات المرتبطة كيميائيًا، وبالتالي حددوا الأسطح الرئيسية لبوليميراز الرنا وريبونوكلياز HII أثناء تفاعلهم في الخلايا البكتيرية الحية. وبهذه الطريقة عرفوا أن معظم جزيئات ريبونوكلياز HII تقترن ببوليميراز الرنا. بالإضافة إلى ذلك، استخدموا المجهر الإلكتروني فائق البرودة (CryoEM) لالتقاط البنية الخاصة بريبونوكلياز HII المرتبط ببوليميراز الرنا بصور عالية الدقة، للكشف عن تفاعلات البروتين-بروتين التي تحدد مجمع إصلاح استئصال الريبونوكليوتيد. يقول الدكتور Zhitai Hao، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر نودلر: "يدعم هذا العمل نموذجًا يقوم فيه ريبونوكلياز HII بتفصح الدنا بحثًا عن الريبونوكليوتيدات التي في غير محلها عن طريق الركوب على بوليميريز الرنا أثناء تحركه على طول شريط الدنا"، ويضيف "هذا العمل حيوي لفهمنا الأساسي لعملية إصلاح الحمض النووي وله آثار إكلينيكية بعيدة المدى". المصدر: Hao Z, Gowder M, Proshkin S, Bharati BK, Epshtein V, Svetlov V, Shamovsky I, Nudler E. RNA polymerase drives ribonucleotide excision DNA repair in E. coli. Cell. 2023 May 25;186(11):2425-2437.e21. doi: 10.1016/j.cell.2023.04.029. Epub 2023 May 16. PMID: 37196657. — المصدر: منشور على صفحة «مركز براهين» في فيسبوك