Dvostruka uzvojnica molekule DNA deluje impozantno. Dva polinukleotidna lanca tvore strukturu spiralnog (betonskog?) stepeništa, stepeništa koje vodi daleko, daleko – možda i do samoga neba.
No to je privid. Molekula DNA je vrlo krhka tvorevina. Kao prvo, sparivanje njenih četiri heterocikliče baze (timin, adenin, gvanin i citozin) po shemi A-T (adenin-timin) i C-G (citozin-gvanin), koje drže dva lanca jedan uz drugi, ostvareno je vodikovim vezama (sličnim onima koje drže molekule vode u ledu), vezama koje su desetak puta slabije od veza koje drže atome u molekuli (kovalentne veze). No ni kovalentne veze kojima su povezani nukleotidi u polinukleotidnom lancu nisu jake. Reč je naime o fosfodiesterskim vezama, dakle vezama uspostavljenim između hidoksilnih skupina šećera (deoksiriboze) i fosforne kiseline; takve veze lako pucaju delovanjem kiselina ili čak teških metala.
Nukleotidne baze - već spomenute A, T, C i G – priča su za sebe. Na njih deluju svakojaki mutageni, od ultraljubičastog zračenja do slobodnih radikala i teških metala. Hemijska modifikacija baze znači da baza više ne može pristajati molekuli DNA, pa se zbog toga informacija zapisana u genima više ne može čitati. Zbog jednog tipfelera propade cela knjiga!
No to se ipak ne događa. Da je tako govori nam već i zdrava pamet. U genomu telesne ćelije čoveka (molekulama DNA u svim njezinim kromosimima) ima tri milijarde nukleotidnih parova. Dodajmo tome da u našem telu ima oko 37 bilijuna (3,7∙1013) stanica i da se te ćelije redovno dele, pri čemu se neizostavno rade kopije cele DNA - redosleda tri milijarde nukleotida po stanici. U knjizi od 11∙1022 (= 3∙109 × 3,7∙1013) slova nema nijednog krivog, nijedne štamparske greške. Nemoguće! I jeste.
Tri mehanizma popravljanja gena
Da u ćeliji postoji neki mehanizam za popravljanje gena naučnici su slutili već pedesetih godina prošloga veka - u istoj deceniji u kojoj je, 1953. godine, rešena struktura molekule deoksiribonukleinske kiseline, čuvene DNA - no tek je ove, 2015. godine za to dodeljena Nobelova nagrada.
Dobili su je Šveđanin Tomas Robert Lindahl (rođen 1938.), Amerikanac Paul L. Modrich (1946.) i Aziz Sancar (1946.), turski doseljenik u Sjedinjene Države.
Nagrada je dodeljena, kako piše u obrazloženju, za „istraživanje mehanizama popravljanja DNA“ („for mechanistic studies of DNA repair“).
Ono što najviše iznenađuje je da tu nije reč o nekom iznenadnom, a ponajmanje individulanom otkriću, kao što je to bilo tumačenje fotoelektričnog efekta iz 1905. godine za što je Albert Einstein, na osnovu jednog jedinog naučnog rada, dobio 1921. Nobelovu nagradu (a ne za otkriće „Einsteinove teorije“ , teorije relativnosti, kako se obično misli).
Ovde je reč o istraživanjima koja su započeli drugi naučnici u vreme kada su spomenuta trojica nobelovaca bili deca. Još je naime 1949. američki naučnik Albert Kelner objavio rad „Effect of visible light on the recovery of Streptomyces griseus conidia from ultra-violet irradiation injury“, otkrivajući da svetlo može da izleči genske defekte uzrokovane drugom vrstom „svetlosti“ (ultraljubičastim zračenjem). Kako?
Na to pitanje odgovorio je tek 2005. godine jedan od trojice dobitnika ovogodišnje Nobelove nagrade, Aziz Sancar. Delovanjem ultraljubičastog zračenja dolazi do povezivanja dva susedna timinska prstena u istom lancu molekule DNA (T + T →T< >T). Tim se povezivanjem stvara struktura nalik na sendvič (T< >T), prsten jedne baze leži prstenu druge, koja bi neminovno dovela do oštećenja, ako ne i smrti stanice da ne postoji Sancarov enzim – fotoliaza.
Kada se taj enzim približi „sendviču“ s njega preskoči jedan elektron (koga je aktivirala svetlost) na povezane timinske prstene i pritom raskida veze koje ih drže (T< >T → T + T). Trebalo je dakle 55 godina da bi se do kraja objasnio fenomen kako jedno zračenje spaja a drugo razdvaja prstene timina, a još deset da bi se za to dobila Nobelova nagrada.
No to je samo jedan od tri mehanizama kako ćelija popravlja svoju oštećenu DNA. Drugi je mehanizam znatno složeniji; on uključuje tri proteina (UvrA, UvrB, UvrC) i još čitav niz „pomoćnih“ molekula. Najjednostavnije rečeno mehanizam poznat kao nucleotide excision repair (NER), popravljanje izrezivanjem nukleotida, temelji se na izrezivanju i krpanju oštećenog dela molekule DNA. Na oštećeni deo molekule prvo seda kompleks od jedne molekule UvrB i dve molekule UvrA (UvrA2UvrB). Kada je mesto prepoznato, molekule UvrA više nisu potrebne pa na njihovo mesto dolazi molekla UvrC. Ona izrezuje lanac u dužini 12 do 13 nukleotida oko oštećenog mesta da bi se potom lom zakrpao normalnim staničnim procesom, sintezom izrezanoga dela prema kopiji nasuprotnoga, komplementarnoga lanca. Ukratko: UvrA prepoznaje oštećeno mesto, UvrB drži dva lanca molekule DNA skupa, a UvrC izrezuje ono što ne valja. Drugim rečima, UvrA su oči, UvrB klešta, a UvrC makaze Archaeusa, Paracelsusova duha-alhemičara u našem telu.
Za otkriće trećeg mehanizma popravljanja oštećene DNA najzaslužniji je najstariji dobitnik ovogodišnje nagrade, 77-godišnji Šveđanin Tomas Robert Lindahl. Mehanizam base excision repair (BER), popravljanje izrezivanjem baza, temelji se na delovanju jednog enzima koji se zove uracil-DNA-glikozilaza, ili – skraćeno –UNG. Ribonukleinske se kiseline (RNA) razlikuju od deoksiribonukleinske kiseline (DNA) osim po šećeru (riboza umesto deoksiriboze) i po jednoj nukleinskoj bazi. One naime umesto citozina (C) imaju uracil (U). No zna se dogoditi da taj nesretni uracil nekako dospe do molekule DNA i u nju se ugradi: umesto normalnog sparivanja baza C-G dolazi do sparivanja U-G - i eto nevolje!
No tu dolazi Lindahlov enzim UNG koji krivu bazu (U) naprosto izreže iz polinukleotidnog lanca. No to je tek početak procesa, jer onda dolaze čak četiri enzima koji privremeno prekinu lanac na oštećenom mestu (AP-endonukleaza), potom izrežu nukleotid koji je ostao bez svoje baze (fosfodiesteraza), ugrade zdravi nukleotid (DNA-polimeraza) da bi na kraju četvrti enzim (DNA-ligaza) uspostavio i poslednju fosfodiestersku vezu u lancu i tako do kraja zakrpao molekulu DNA. Mogli bismo reći da enzim UDG oštećenu molekulu DNA još više oštećuje kako bi je drugi enzimi mogli lakše popraviti.
Otkriće korektora prepisa
Treći dobitnk ovogodišnje Nobelove nagrade iz hemije, američki biohemičar Paul L. Modrich zaslužio je nagradu istraživanjem – nazovimo to tako – korekture DNA. Na početku sam članka napomenuo da pri svakoj deobi ćelije dolazi do prepisa celokupne DNA iz svih njezinih kromosoma. Pri tom prepisu događaju se pogreške (jer niko nije bezgrešan, a ponajmanje DNA-polimeraza - enzim koji sintetizira drugi lanac DNA kao komplement prvoga). Prevedeno u brojke, DNA-polimeraza se prosečno jedanput zabuni pri vezivanju 20.000 nukleotida (frekvencija pogreške = 5 ∙ 10-5). To znači da bi nakon svake deobe ljudske stanice u njoj trabalo biti novih 150.000 krivo sparenih nukleotida. A nema.
Nema zato što postoji korektor, enzimski sistem koji ispravlja pogreške pri prepisivanju. On je toliko efikasan da nakon deljenja ljudska ćelija ima tek tridesetak „tipfelera“.
I ovaj mehanizam ima dugu istoriju. Prve spekulacije o njemu pojavile su se još 1964. godine, da bi prvu direktnu potvrdu o kontroli sinteze DNA dao upravo Modrich 1983., a 1989. dao potpuno objašnjenje čitavog procesa.
*******
U slabosti mehanizama za popravljanje oštećene DNA krije se odgovor na pitanje zašto je kod nekih ljudi verovatnost dobijanja raka veća nego kod drugih. Ovogodišni nobelovac Paul L. Modrich uspeo je dokazati – još 1999. godine – da su neki oblici raka debelog creva direktno povezani s nasleđenom slabošću ćelije da ispravi pogreške pri prepisu svoje DNA.
autor
Dr. Nenad Raos
(izvor)
Нема коментара:
Постави коментар