Studie zeigt, wie die häufigste DNA-Mutation passiert

You Will Never Look at Your Life in the Same Way Again | Eye-Opening Speech! (Juni 2019).

Anonim

Gestaltwandler sind nicht nur Fiktion, sie sind real - und sie sind in unserer DNA.

In der am 1. Februar erschienenen Ausgabe der Zeitschrift Nature beschreiben Forscher, wie zwei normalerweise fehlgepaarte Basen in der menschlichen DNA, Guanin und Thymin, in der Lage sind, ihre Form zu verändern, um eine unscheinbare Sprosse auf der helikalen DNA-Leiter zu bilden. Dadurch können sie überleben, indem sie die natürlichen Abwehrkräfte des Körpers gegen genetische Mutationen vermeiden.

"Wenn diese beiden Basen zufällig eine Wasserstoffbrücke bilden, passen sie zunächst nicht ganz", erklärt Zucai Suo, Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University und Mitautor der Studie. "Sie ragen entlang der DNA-Helix hervor, so dass es normalerweise für die DNA-replizierenden Enzyme leicht ist, sie zu erkennen und zu fixieren. Aber manchmal ändern sie ihre Form, bevor sie erkannt werden. Es ist fast so, als wären die beiden Basen in der Lage, sich gegenseitig zu "reparieren", so dass sie wie ein normales Basenpaar passen und DNA-Reparaturmechanismen entkommen können.

"Sie sind böse, aber sie tun so, als ob sie gute Jungs wären, um zu überleben", sagte Suo.

Die Entdeckung bietet eine Grundlage für die Arbeit an anderen Arten von DNA-Mutationen, die für Krankheiten sowie für normales Altern und sogar Evolution verantwortlich sind.

Die vier Basen der DNA haben jeweils ihre eigene Größe und Form und sollen genau in der richtigen Weise zusammenpassen. Adenin (A) soll immer mit Thymin (T) paaren, und Cytosin (C) soll immer mit Guanin (G) paaren. Die zwei "Watson-Crick" -Basenpaare, AT und CG, bilden die DNA-Sequenzen allen Lebens, wie wir es kennen. Wenn G jedoch irgendwie mit T vertauschen würde, wäre das zum Beispiel eine Mutation.

Tatsächlich ist die GT-Mutation die am häufigsten vorkommende Mutation in der menschlichen DNA. Es kommt ungefähr einmal in 10.000 bis 100.000 Basenpaaren vor - was nicht viel klingt, bis man bedenkt, dass das menschliche Genom 3 Milliarden Basenpaare enthält.

Forscher würden gerne verstehen, wie Mutationen passieren, um eine Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Krebs, die durch sie verursacht werden, besser zu verstehen. Diese Arbeit liefert eine wichtige Information, die Forscher in diesem Bemühen nutzen können.

Obwohl Wissenschaftler lange spekuliert hatten, dass die GT-Fehlpaarung formverschoben war, um einem normalen GC- oder AT-Paar zu ähneln, wurde dieses Phänomen nicht direkt beobachtet, bis die Biochemiker der Duke University, angeführt von Hashim M. Al-Hashimi, eine Form von Kernmagnetismus nutzten Resonanz-Bildgebung, um zu zeigen, dass diese Watson-Crick-artigen GT Fehlpaarungen in sogenannter "nackter" DNA entstehen.

Dennoch blieb die Frage, wie GT-Fehlpaarungen entstehen. Deshalb kontaktierte Al-Hashimi Suo im Bundesstaat Ohio und bat ihn, den biochemischen Mechanismus, der dafür verantwortlich war, festzuhalten.

"Eine interessante Frage ist: Was bestimmt die Mutationsrate in einem lebenden Organismus", sagte Al-Hashimi. "Von dort können wir beginnen, die spezifischen Bedingungen oder Umweltstressoren zu verstehen, die Fehler erhöhen können."

Suo und der Doktorand Walter Zahurancik verwendeten eine DNA-Polymerase, ein DNA-replizierendes Enzym, um ein GT-Fehlpaar in einen DNA-Strang einzuführen. Durch das Stoppen der chemischen Reaktion zu verschiedenen Zeiten und das Analysieren der resultierenden DNA-Moleküle waren sie in der Lage zu messen, wie effizient die Polymerase das GT-Fehlpaar bilden könnte.

Zusammen stellten Al-Hashimi und Suo fest, dass die G- und T-Basen paaren würden, aber auf eine missgebildete Weise, die von der DNA-Helix herausragte. Dann würden die Basen in einem Bruchteil einer Sekunde ihre chemischen Bindungen neu ordnen, so dass sie in die Form eines normalen Basenpaars "einschnappen" und die Polymerase zum Abschluss der chemischen Reaktion täuschen könnten.

Kurz gesagt, sie führen eine Maskerade durch, bei der Enzyme während der DNA-Replikation und -Reparatur weniger wahrscheinlich sind.

Das Überleben der Mutation ist eine echte Leistung, da sie ein gutes Stück grundlegender Physik überwinden muss. Basen paaren sich aufgrund der Anordnung der Protonen und Elektronen in ihren Atomen in bestimmter Weise. Basenpaarung erfordert eine gewisse Menge an Energie, und die einfachsten, energieeffizientesten Paare zu bilden sind die "richtigen" - AT und CG.

In der Tat muss das GT-Paar eine Energiebarriere überwinden, um sich selbst zu bilden und zu erhalten. Es stellt sich heraus, dass, wenn die G- und T-Basen ihre Form ändern, sie energieeffizienter werden - immer noch weniger effizient als ein normales Basenpaar, aber effizient genug.

Als nächstes werden die Forscher versuchen, die Experimente mit einer anderen, etwas weniger häufigen Mutation, der AC-Fehlpaarung, zu replizieren.