Den lange og den korte af DNA-replikation

Processen med at kopiere DNA er kompleks koreografi, der kræver hurtige hastigheder og præcision. At opdage de indviklede detaljer i denne proces kunne identificere nye måder at målrette sygdomme på, såsom kræft, og KAUST-forskere har netop afsløret et afgørende skridt.

DNA'et i hver menneskelig celle er omkring 3 milliarder cifre langt og skal kopieres hver gang en celle deler sig - hvilket sker næsten 2 billioner gange hver dag.

Hvis der opstår fejl i DNA-replikation, celler kan blive unormale og give anledning til sygdom. DNA-kode, der er muteret for at tillade cellen at dele sig ukontrolleret, for eksempel, kan føre til kræft. Dette gør det afgørende at forstå, hvordan enzymer replikerer og reparerer DNA, siger Manal Zaher, ph.d. elev i Samir Hamdans gruppe på KAUST, der ledede undersøgelsen.

Zaher undersøgte de enzymer, der tillader korte DNA-strenge dannet under DNA-replikation, kaldet Okazaki-fragmenter, at forbinde til en kontinuerlig streng af DNA.

Ved en proces kendt som Okazaki-fragmentmodning, et enzym kaldet FEN1 skærer "flapper" af i Okazaki-fragmenterne, som skal fjernes, før fragmenterne kan samles. "Sekvensbaseret specificitet forklarer delvist hemmeligheden bag replikationstroskab, imidlertid, vi mangler nøgleoplysninger om grundlaget for den strukturbaserede udskæring af FEN1, der kræves ved ~50 millioner Okazaki-fragmentsteder under human DNA-replikation, Hamdan forklarer.

FEN1 er overproduceret eller ændret i mange former for kræft, og Zaher ønskede at undersøge den nøjagtige involvering af dette enzym.

Forskerne brugte en billeddannelsesteknik kaldet single-molecule FRET til at opdage, hvordan FEN1 lægger sig fast og frigives fra andre enzymer og DNA-fragmenter.

Zaher var overrasket over at opdage, at FEN1 fungerede som et skifte mellem to forskellige enzymveje. Hvis klappen var kort, FEN1 koblet til DNA'et for at lade Okazaki-fragmenterne slutte sig til. Imidlertid, hvis klappen var lang, FEN1 hoppede af, efterlader to andre enzymer kaldet Dna2 og RPA at docke på og skære størstedelen af ​​klappen, før FEN1 igen kom ind for at afslutte arbejdet.

"Denne to-trins mekanisme kunne væsentligt hjælpe vores forståelse af reguleringen af ​​de efterfølgende Okazaki fragment trin, " forklarer Zaher, "og det er vigtigt, især fordi mutationer i både Dna2 og RPA også er blevet forbundet med kræft."

Hamdans gruppe har sat øjnene på at undersøge den næste interaktion, som FEN1 gennemgår, fortsætter med at opklare mysterierne om DNA-replikation et trin ad gangen.