Bylo zjištěno, že podobně jako u jeho virových bratranců, poněkud parazitická sekvence DNA zvaná retrotransposon, si půjčuje vlastní strojní zařízení buňky k dosažení jejích cílů.
V novém díle, které se objeví online ve středu v novinách Přírodatým Duke University zjistil, že retrotranspozony unesou málo známou část buněčné funkce opravy DNA, aby se uzavřely do tvaru prstence a pak vytvořily odpovídající dvojvlákno.
Objev převrací 40 let konvenční moudrosti, že tyto prstence byly jen zbytečným vedlejším produktem kopírování špatných genů. Může také nabídnout nový pohled na rakovinu, virové infekce a imunitní reakce.
Retrotranspozony jsou segmenty DNA o asi 7 000 písmenech, které jsou zkopírovány a vloženy do různých částí genomu rostlin a zvířat. Při tom hrají roli v přepisování DNA a regulaci toho, jak buňka využívá své geny. Předpokládá se, že retrotranspozony stojí za mnoha variacemi a inovacemi v genech, které řídí evoluci a jsou zděděny od obou rodičů.
Mnoho studií naznačuje, že tyto kruhy DNA mimo chromozomy se nějakým způsobem podílejí na vývoji a progresi rakoviny, částečně proto, že je známo, že ve svých sekvencích DNA obsahují onkogeny způsobující rakovinu. Retrovirus HIV, který způsobuje AIDS, je také známý tím, že tvoří kruhovou DNA.
“Myslím, že tyto prvky jsou zdrojem dynamiky genomu, pro evoluci zvířat a dokonce pro ovlivnění našeho každodenního života,” řekl Zhao Zhang (ZZ), odborný asistent farmakologie a biologie rakoviny a vědec z Duke Science & Technology. “Ale stále jsme v procesu hodnocení jeho role.”
Retrotranspozony jsou poměrně běžné – tvoří asi 40 % lidského genomu a přes 75 % genomu kukuřice – ale jak a kde se kopírují, bylo vždy trochu nejasné.
Zhang ukazuje tlustou knihu o retrovirech, kterou konzultoval pro tuto studii. Knihy říkají, že sekvence podobné prstenci jsou “vytvořeny rekombinací dvou konců lineární DNA a jsou jen slepou uličkou, vedlejším produktem neúspěšné replikace,” řekl.
V předchozí práci s vajíčky ovocných mušek Zhangův tým zjistil, že zděděné retrotranspozony používají “buňky ošetřovatelky”, které podporují vajíčko jako továrny na výrobu mnoha kopií sebe samých, které jsou pak distribuovány po celém genomu ve vejci při vývoji mouchy. Tento modelový systém umožnil výzkumníkům ještě více přiblížit, aby se dozvěděli více o retrotranspozonech.
V nejnovější práci neočekávaně zjistili, že většina nově přidaných retrotranspozonů byla v této kruhové formě, spíše než aby byla integrována do genomu hostitele. Poté provedli sérii experimentů, které vyřadily buněčné mechanismy opravy DNA jeden po druhém, aby zjistili, jak a kde se kruhy tvoří.
Odpověď: málo prozkoumaný mechanismus opravy DNA zvaný alternativní end-junction DNA repair, nebo zkráceně alt-EJ, který opravuje dvouvláknové zlomy. Retrotransposonové sekvence využívaly tuto část hostitelova opravného aparátu k sešívání konců jeho jednovláknové DNA dohromady a poté pomocí jeho DNA syntázy vytvořily odpovídající dvouvláknovou DNA. Pro jistotu vědci potvrdili, že jde také o proces uvnitř lidských buněk.
Retrotranspozony tedy nejsou nedbalou náhodou; ve skutečnosti unesou některé buněčné mechanismy, aby ze sebe udělaly více, stejně jako viry.
“Náš objev skutečně porušuje učebnicový model,” řekl Zhang. “Ukazujeme, že rekombinační událost navrhovaná v knize není důležitá pro tvorbu prstenců,” řekl Zhang. “Spíše je to cesta výroby alt-EJ driving circle.”
“Moje laboratoř se v současné době pokouší otestovat, zda kruhová DNA může být meziproduktem pro vytváření nových inzercí genomu,” řekl Zhang. “Také testujeme, zda může náš imunitní systém detekovat kruhovou DNA, aby vyvolala imunitní odpověď.”
“V oblasti retrovirů a retrotransposonů si lidé myslí, že smyčková DNA je jen malá událost, ale naše studie přináší smyčkovou DNA do centra pozornosti,” řekl Zhang. “Lidé by měli věnovat větší pozornost kruhové DNA.”
Financování této studie pocházelo z National Cancer Institute (P01CA247773), National Institutes of Health (DP5 OD021355, R01 GM141018) a Pew Biomedical Scholars Program.