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研究表明RNase H2酶在DNA復制后去除RNA-DNA雜合體
閱讀:2352 發布時間:2020-2-10由分子生物學研究所的Brian Luke和Helle Ulrich教授領導的兩個研究小組已經破譯了如何協調兩種酶RNase H2和RNase H1從染色體上去除RNA-DNA雜合結構。
RNA-DNA雜合體對于促進正常的細胞活動(如基因調控和DNA修復)很重要,但過多也有DNA受損的風險,并可能導致神經退行性疾病和癌癥。
Brian和Helle在今天發表在《 Cell Reports》上的文章中表明,RNase H2酶主要是在DNA復制后去除RNA-DNA雜合體。然后,任何剩余的RNA-DNA結構都會被RNase H1去除,而RNase H1的作用與細胞周期無關。
通常發現DNA是穩定的雙鏈結構。但是,DNA有時也會與RNA相互作用形成調節基因表達和DNA修復的RNA-DNA雜化結構。 R-環是一種特殊類型的RNA-DNA雜合體,其中RNA鏈與DNA分子的一條鏈結合,并推出另一條DNA鏈,從而使其暴露為單鏈環。R環可調節基因活性,但由于不正確的去除會損壞DNA,從而可能引起突變,因此也會迅速變得危險。因此,過量的R環形成可能對細胞有毒-實際上,已知R環去除蛋白中的突變會導致神經炎性疾病和癌癥。
RNase H1和RNase H2酶催化R環的去除,降解RNA鏈。另外,RNase H2還具有切除單個核糖核苷酸的輔助能力,有時會被聚合酶錯誤地摻入DNA中,稱為核糖核苷酸切除修復(RER)。先前的研究表明,RNase H2的突變比RNase H1突變對基因組穩定性的破壞更大,這表明RNase H2在維持基因組穩定性方面具有更重要的作用。但是,從來沒有*了解這些重要的酶是如何協調的。
為了剖析RNase H1和H2在R環去除中的*作用,作者改造了酵母,使其僅在細胞周期的特定階段表達RNase H1和H2,然后將其暴露于甲磺酸甲酯(MMS)中,這種物質會增加R環形成。在此條件下,只有能夠有效去除R環的酵母才能生存,而那些具有受損R環去除能力的酵母將無法生存。
在Ulrich實驗室的支持下,研究人員發現僅在G2期間(DNA復制后細胞周期的“生長階段”)表達RNase H2的酵母對MMS具有抗性,而僅在S階段(DNA復制階段)表達RNase H2的酵母對)更敏感。這表明RNase H2主要作用是在G2期間處理R環。相反,在G2或S期表達RNase H1的酵母都能在MMS中存活。出乎意料的是,RNase H2在S期的表達實際上引起了更多的DNA損傷,這需要一種特殊的DNA修復方法,即同源重組來修復。先前不知道 該途徑在S期起作用。因此,這項研究可能已經揭示了一種未探索的修復途徑,該途徑可抵抗DNA復制過程中RNase H2活性引起的損傷。
這些結果可以解釋為什么細胞進化出兩種不同的RNAse H酶。研究人員認為RNase H2是修復大多數RNA-DNA的'管家'酶,但它受到細胞周期的嚴格調節,僅在G2期或DNA復制后起作用。這可能是因為RNase H2的額外RER活性在DNA中產生了缺口,這在S期DNA復制過程中有雙鏈斷裂的風險。 因此,細胞可能還進化出了一種不具有RER活性的二級酶RNase H1,它可以在細胞周期的所有階段(包括S期)發揮作用。
這些發現有助于我們進一步了解細胞如何修復與RNA-DNA有關的DNA損傷以及該過程的損傷如何導致疾病。