Τι κοινό έχει ο άνθρωπος με τη μαγιά στο ψωμί – Επιστημονική έρευνα

Μελέτες του DNA του ανθρώπου και της μαγιάς αρτοποιίας, ρίχνουν φως στους περίπλοκους μηχανισμούς που επιτρέπουν το πιστό πέρασμα της γενετικής πληροφορίας από γενιά σε γενιά κυττάρων.

Οι άνθρωποι και η μαγιά αρτοποιίας έχουν περισσότερα κοινά από ό,τι φαίνεται, συμπεριλαμβανομένου ενός σημαντικού μηχανισμού που βοηθά στη διασφάλιση της σωστής αντιγραφής του DNA, αναφέρουν δύο μελέτες που δημοσιεύθηκαν στα περιοδικά Science and Proceedings of the National Academy of Sciences.

Τα ευρήματα απεικονίζουν για πρώτη φορά ένα μοριακό σύμπλεγμα – που ονομάζεται CTF18-RFC στον άνθρωπο και Ctf18-RFC στη ζύμη – που φορτώνει έναν «σφιγκτήρα» στο DNA για να εμποδίσει μέρη του μηχανισμού αντιγραφής να πέσουν από τον κλώνο του DNA.

Είναι η τελευταία ανακάλυψη από τους μακροχρόνιους συνεργάτες Huilin Li, Ph.D., του Ινστιτούτου Van Andel, και Michael O’Donnell, Ph.D., του Πανεπιστημίου Rockefeller, για να ρίξει φως στους περίπλοκους μηχανισμούς που επιτρέπουν το πιστό πέρασμα της γενετικής πληροφορίας πληροφορίες από γενιά σε γενιά κυττάρων.

«Η ακριβής αντιγραφή του DNA είναι θεμελιώδης για τη διάδοση της ζωής», είπε ο Λι Huilin Li, Ph.D., του Ινστιτούτου Van Andel. «Τα ευρήματά μας προσθέτουν βασικά κομμάτια στο παζλ της αντιγραφής του DNA και θα μπορούσαν να βελτιώσουν την κατανόηση των συνθηκών υγείας που σχετίζονται με την αντιγραφή του DNA».

Η αντιγραφή του DNA είναι μια αυστηρά ελεγχόμενη διαδικασία που αντιγράφει τον γενετικό κώδικα, επιτρέποντας τη μεταφορά των οδηγιών του από τη μια γενιά κυττάρων στην άλλη. Σε ασθένειες όπως ο καρκίνος, αυτοί οι μηχανισμοί μπορεί να αποτύχουν, οδηγώντας σε ανεξέλεγκτη ή ελαττωματική αναπαραγωγή με καταστροφικές συνέπειες.

Μέχρι σήμερα, τουλάχιστον 40 ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων πολλών καρκίνων και σπάνιων διαταραχών, έχουν συνδεθεί με προβλήματα αντιγραφής του DNA.

Η διαδικασία ξεκινά με την αποσύνδεση της δομής που μοιάζει με σκάλα του DNA, με αποτέλεσμα δύο κλώνους που ονομάζονται κορυφαίοι και υστερούντες κλώνοι. Στη συνέχεια, ένα συνεργείο μοριακής κατασκευής συναρμολογεί τα μισά που λείπουν από τους κλώνους, μετατρέποντας μια ενιαία έλικα DNA σε δύο. Μεγάλο μέρος αυτής της εργασίας ανήκει στα ένζυμα που ονομάζονται πολυμεράσες, τα οποία συναρμολογούν τα δομικά στοιχεία του DNA.

Από μόνες τους, ωστόσο, οι πολυμεράσες δεν είναι καλές στο να παραμένουν στον κλώνο του DNA. Απαιτούν CTF18-RFC στον άνθρωπο και Ctf18-RFC στον ζυμομύκητα για να περάσουν έναν σφιγκτήρα σε σχήμα δακτυλίου στον οδηγό κλώνο DNA και έναν άλλο φορτωτή που ονομάζεται RFC τόσο στον άνθρωπο όσο και στον ζυμομύκητα για να περάσουν τον σφιγκτήρα στον υστερούντα κλώνο. Στη συνέχεια, ο σφιγκτήρας κλείνει και δίνει σήμα στις πολυμεράσες ότι μπορούν να ξεκινήσουν την αντιγραφή του DNA.

Χρησιμοποιώντας κρυοηλεκτρονικά μικροσκόπια υψηλής ισχύος, οι ερευνητές αποκάλυψαν προηγουμένως άγνωστες πτυχές των δομών των κορυφαίων φορτωτών σφιγκτήρα κλώνου, συμπεριλαμβανομένου ενός “αγκίστρου” που αναγκάζει την πολυμεράση του κύριου κλώνου να αφήσει τον νέο κλώνο DNA και που μπορεί να αναγνωριστεί από το clamp loader. Αυτή η διάκριση αντιπροσωπεύει μια βασική διαφορά μεταξύ των λειτουργιών του φορτωτή σφιγκτήρα προπορευόμενου κλώνου (CTF18-RFC) και του φορτωτή σφιγκτήρα υστέρησης (RFC) και φωτίζει μια σημαντική πτυχή των ποικίλων μηχανισμών διπλασιασμού του DNA στον οδηγό και τον υστερούντα κλώνο.

Τέλος, η μελέτη εντόπισε κοινά χαρακτηριστικά μεταξύ των φορτωτών σφιγκτήρα μαγιάς και ανθρώπινων κορυφαίων κλώνων, τα οποία καταδεικνύουν μια εξελικτική σχέση μεταξύ των δύο. Αυτό το εύρημα υπογραμμίζει την αξία της μαγιάς ως ισχυρών αλλά απλών μοντέλων για τη μελέτη της γενετικής.

Πηγή: Υλικά που παρέχονται από το Ερευνητικό Ινστιτούτο Van Andel.

Αναφορές:

1. Zuanning Yuan, Roxana Georgescu, Nina Y. Yao, Olga Yurieva, Michael E. O’Donnell, Huilin Li. Μηχανισμός φόρτωσης PCNA από Ctf18-RFC για σύνθεση DNA κύριας έλικος . Science , 2024; 385 (6708) DOI: 10.1126/science.adk5901
2. Qing He, Feng Wang, Michael E. O’Donnell, Huilin Li. Το Cryo-EM αποκαλύπτει μια σχεδόν πλήρη διαδικασία φόρτωσης PCNA και μοναδικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου εναλλακτικού φορτωτή σφιγκτήρα CTF18-RFC . Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών , 2024; 121 (18) DOI: 10.1073/pnas.2319727121