Molekularny mechanizm kontrolujący mutacje genów
Kasie Kuleszewicz | 2006-05-10
Mutacje, czyli błędy w genetycznym zapisie na nici DNA, materiale biorącym udział w dziedziczeniu, są szkodliwe. Im więcej mutacji w DNA komórki, tym większe ryzyko rozwoju nowotworu. W ostatnich latach odkryto jednak, że ten sam proces, który odpowiedzialny jest za generowanie mutacji, może działać także w taki sposób, że mutacje będą powstawać w niewielkiej liczbie i będą chronić organizm przed rozwojem nowotworu.
Jak organizm radzi sobie z utrzymaniem tych procesów pod kontrolą? Odpowiedź na to pytanie ze wstępnymi wynikami badań zostały opublikowane ostatnio w magazynie Molecular Cell.
Elementy niezbędne do procesu kopiowania DNA (które odbywa się przed podziałem komórki) należą do rodziny enzymów, zwanych polimerazami. Polimeraza DNA porusza się wzdłuż jednej nici dwuniciowej cząsteczki, czyta każdą jednostkę materiału genetycznego i kopiuje ją, aby stworzyć nową cząsteczkę DNA, która będzie przekazana do potomnej komórki podczas podziału komórki. Polimeraza DNA odznacza się ogromna dokładnością i gdy nić DNA jest zmieniona (zmutowana) przez promieniowanie lub też szkodliwe substancje, polimeraza może zatrzymać proces kopiowania. Zatrzymanie pracy polimerazy i brak kopii DNA oznacza dla komórki śmierć. Jednak nie wszystkie zniszczenia DNA są na tyle krytyczne żeby potrzebna była natychmiastowa terminacja replikacji. Aby zapobiec "hurtowej" śmierci komórek, w komórkach powstał drugi typ polimeraz. Naprawiają one podatne na błędy łańcuchy DNA, jednak są mniej dokładne, a komórki przeżywają kosztem nienaprawionych mutacji w materiale genetycznym podczas podziału komórek.
Organizm minimalizuje znaczenie mutacji wprowadzając nie mniej niż 10 różnych, mniej dokładnych enzymów. Każdy z tych "niedbałych" enzymów jest stworzony tak, aby walczyć z konkretnym typem uszkodzenia DNA. Specjalizacja ta powoduje, że poziom mutacji i tym samym ryzyka wystąpienia nowotworu jest niski. Istnienie różnych wyspecjalizowanych enzymów wskazuje na precyzyjną regulację systemu, w innym bowiem przypadku, "niedbałe" enzymy mogłyby wymknąć się spod kontroli i doprowadzić do niezdrowych proliferacji mutacji.
Naukowcy odkryli niedawno mechanizm zabezpieczający, który zapobiega takim proliferacjom mutacji. Mechanizm kontroluje i pozwala danym enzymom pracować w odpowiednim czasie i tylko wtedy gdy jest to potrzebne. Głównym składnikiem tego systemu są białka p53 i p21.
Znane i osławione jako "strażnik genomu" i "cząsteczka roku" przez magazyn Science białko p53 odpowiedzialne jest za kontrolowanie procesów rakotwórczych w komórce. Białko ma działanie nadzorujące i oddziałuje na "niedbałe" enzymy mając je pod swoją kontrolą. Badania wykazały, że jeśli działanie białka p53 lub pokrewnego białka p21 zostałoby uszkodzone, działania "niedbałych" enzymów mogłyby doprowadzić do dużej ilości mutacji.
Badany mechanizm działa dzięki użyciu molekularnych łączników, które przytrzymują enzymy kopiujące DNA przy nici DNA. Kiedy enzym napotka uszkodzenie DNA, mała cząsteczka ubikwityny przyłącza się do łącznika. W tym przypadku ubikwityna służy do przyczepiania zamiennej polimerazy DNA ("niedbałej") do łącznika. Działanie białka p53 zaczyna się, gdy zostanie ono zaalarmowane uszkodzeniem DNA, powoduje także powstawanie białka p21. p21 pełni rolę pomocnika, pomagającego przyspieszyć przyłączanie ubikwityny i powodującego szybsze usuwanie dokładnej polimerazy DNA, tak aby mogła ona być zastąpiona "niedbałą" polimerazą. Białka p53 i p21 pomagają w osiągnięciu przez komórki organizmu równowagi, pozwalając im się dzielić i namnażać utrzymując jednocześnie minimalny poziom mutacji i tym samym ryzyka wystąpienia nowotworu.
Źródło: The Weizmann Institute of Science