Cudowne białko. Zatrzymuje i naprawia uszkodzenia DNA

Kanadyjscy badacze odkryli białko, które może zatrzymać i naprawiać uszkodzenia DNA. Ma ono ogromny potencjał i może znaleźć szerokie zastosowania, od szczepionek przeciwnowotworowych po uprawy, które mogą wytrzymać coraz trudniejsze warunki wzrostu spowodowane zmianami klimatycznymi.

Białko zwane DdrC (DNA Damage Repair Protein C) zostało znalezione w dość powszechnie występującej bakterii Deinococcus radiodurans. Bakteria ta ma wyjątkową zdolność. Potrafi przetrwać naprawdę trudne warunki środowiskowe, w których DNA żywych organizmów ulega uszkodzeniom - na przykład dawki promieniowania jonizującego nawet do 10 tys. razy większe niż te, które zabiłyby zwykłą ludzką komórkę. Co więcej, drobnoustroje te potrafią też naprawić już uszkodzone DNA.

Naukowcy z Western University w Kanadzie twierdzą, że powinno dać się stosunkowo łatwo przenieść gen kodujący DdrC do prawie każdego innego organizmu w celu ulepszenia jego systemów naprawy DNA, co wykazali implementując obiecujące białko bakteriom E. Coli. Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "Nucleic Acids Research" (DOI: 10.1093/nar/gkae635).

Każda komórka ma mechanizm naprawy DNA, który radzi sobie z uszkodzeniami. - W przypadku komórki ludzkiej, jeśli w całym genomie miliardów par zasad wystąpią więcej niż dwa pęknięcia, nie może się naprawić i umiera. Ale w przypadku DdrC to unikalne białko pomaga komórce naprawić setki uszkodzonych fragmentów DNA w spójny genom – powiedział Robert Szabla, główny autor publikacji.

Uszkodzenia DNA mogą prowadzić do szeregu chorób. Na przykład światło UV może uszkodzić DNA w komórkach skóry, zwiększając ryzyko zachorowania na raka skóry. Możliwość zapobiegania lub nawet odwrócenia tych uszkodzeń może uratować życie. A białko DdrC wydaje się właśnie takie zdolności posiadać. Jest bardzo skuteczne w wykrywaniu uszkodzeń DNA, zatrzymywaniu ich i informowaniu o nich komórek organizmu, w celu rozpoczęcia procesu naprawy.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W ośrodku synchrotronowym Canadian Light Source na Uniwersytecie Saskatchewan Szabla i jego współpracownicy określili trójwymiarowy kształt białka, na podstawie którego następnie pracowali wstecz, aby lepiej zrozumieć jego "supermoc" neutralizowania uszkodzeń DNA. W wyniku dalszych prac uczeni ustalili, że DdrC "skanuje" DNA w poszukiwaniu pęknięć i gdy je wykryje, wiąże się z nimi. Ma to dwie funkcje. Neutralizuje uszkodzenie DNA i zapobiega jego rozproszeniu na dalsze odcinki. Działa też jak sygnalizator, pokazując komórce, gdzie jest uszkodzenie i gdzie należy zacząć proces naprawy.

Białka przeważnie tworzą skomplikowane sieci, które umożliwiają im wykonywanie różnorakich funkcji. DdrC wydaje się być wyjątkiem, bo wykonuje swoją funkcję samodzielnie, bez potrzeby angażowania innych białek.

Badacze zastanawiali się, czy DdrC można w łatwy sposób implementować innym organizmom, czy może działać jako swego rodzaju "wtyczka" dla innych systemów naprawy DNA. Przetestowali to na bakteriach E. Coli.

- Ku naszemu ogromnemu zaskoczeniu, faktycznie uczyniło to bakterię ponad 40 razy bardziej odporną na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem UV. Wydaje się, że to rzadki przykład, w którym masz jedno białko i ono naprawdę jest jak samodzielna maszyna – przyznał Szabla dodając jednocześnie, że teoretycznie ten gen można wprowadzić do dowolnego organizmu — roślin, zwierząt, ludzi — i powinien on zwiększyć wydajność naprawy DNA komórek tego organizmu.

- Możliwość przeorganizowania, edycji i manipulowania DNA w określony sposób to święty Graal biotechnologii. Co by było, gdybyś miał system skanujący, taki jak DdrC, który patrolowałby twoje komórki i neutralizował uszkodzenia, gdy się pojawią? To mogłoby stanowić podstawę potencjalnej szczepionki przeciwnowotworowej – podkreślił Szabla.

Badania nad DdrC są dopiero na początkowym etapie. - DdrC to tylko jedno z setek potencjalnie przydatnych białek u tej bakterii. Następnym krokiem są dalsze badania. Należy przyglądnąć się temu, czego jeszcze ta bakteria używa do naprawy własnego genomu. Z pewnością znajdziemy wiele innych narzędzi, o których nie mamy pojęcia, jak działają lub do czego będą przydatne, dopóki ich nie sprawdzimy – podsumował Szabla.

Źródło: Canadian Light Source, Science Alert