Zespół z warszawskiego instytutu odkrył nieznany wcześniej mechanizm regulacji metabolizmu kwasów nukleinowych, a więc komórkowego „alfabetu życia”.

Naukowcy z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej (IIMCB) opisali w prestiżowym PNAS działanie nieznanego dotąd bliżej enzymu CDADC1. Enzym ten bierze udział w regulacji dostępności nukleotydów niezbędnych do tworzenia DNA i RNA, a jego aktywność może mieć istotne znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesów genetycznych.

DNA, będący podstawą życia, znajduje się w prawie każdej komórce. Informacja genetyczna w nim zapisana może być zastosowana dzięki tłumaczeniu na język RNA. To zaś prowadzi do powstawania białek, które budują i wprawiają w ruch cały organizm.

DNA i RNA zbudowane są z trzech wspólnych typów nukleotydów: adeniny, cytozyny i guaniny (A, C, G). Dodatkowo, w DNA występuje tymina (T), a w RNA – uracyl (U). Kiedy komórka chce skopiować DNA (na przykład przed podziałem) albo wytworzyć RNA (czyli przepis DNA potrzebny do produkcji białek), potrzebuje specjalnych cząsteczek budulcowych – tak zwanych nukleotydów – które służą jako materiał do tworzenia nowych nici. W komórkach nieustannie zachodzą liczne reakcje, w których jeden nukleotyd przekształcany jest w inny. W proces ten zaangażowanych jest wiele enzymów, które wspólnie utrzymują równowagę między poszczególnymi rodzajami nukleotydów – co ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesów genetycznych.

Choć struktura i funkcja DNA były intensywnie badane przez dekady, metabolizm nukleotydów pozostawał przez wiele lat w cieniu – większość wiedzy na ten temat pochodzi jeszcze z lat 60. i 70. XX wieku.

Pierwszy autor publikacji w PNAS dr Anton Slyvka z IIMCB wyjaśnia, że badania nad metabolizmem kwasów nukleinowych polegają na analizie powstawania i przekształceń nukleotydów budujących DNA i RNA.

„Metabolizm nukleotydów to klasyczna dziedzina biochemii, intensywnie badana w połowie XX wieku. W latach 30–60 odkryto wiele kluczowych reakcji i enzymów, a wcześniejsze badania nad składnikami kwasów nukleinowych utorowały drogę do odkrycia struktury DNA w 1953 roku. Z czasem uznano, że metabolizm nukleotydów jest w dużej mierze poznany, a zainteresowanie naukowców przesunęło się w stronę biologii molekularnej i genetyki” – powiedział dr Slyvka.

Tymczasem badania zespołu z IIMCB wracają do podstaw biochemii kwasów nukleinowych – pokazując działanie enzymu deaminazy CDADC1, który w komórce przekształca cytozynę w uracyl. Deaminacja to reakcja, w której z cząsteczki usuwana jest grupa aminowa i zastępowana atomem tlenu, co zmienia jej właściwości – na przykład cytozyna przekształcana jest w uracyl.

Aby nukleotydy mogły posłużyć jako ‘cegiełki’ do budowy DNA, muszą najpierw zostać przekształcone do formy trójfosforanowej (np. dATP, dTTP, dGTP, dCTP). Zespół wykazał, że CDADC1 jest pierwszym znanym przykładem deaminacji na poziomie trójfosforanów u eukariontów, w tym także u człowieka.

Okazuje się, że to dotąd nieznane białko – CDADC1 – występuje powszechnie w komórkach kręgowców, od rekinów aż po ludzi. A jeśli białko zaangażowane w syntezę DNA i RNA nie zmieniło się przez setki milionów lat ewolucji, to znak, że jego rola w organizmie jest niezwykle istotna. Zespół z IIMCB postanowił więc zbadać aktywność i strukturę tej nieznanej wcześniej ludzkiej deaminazy. Naukowcy rzeczywiście potwierdzili, że białko to bierze udział w metabolizmie kwasów nukleinowych.

To jednak nie wszystko. W ramach badań naukowcy wyhodowali myszy pozbawione aktywnego białka CDADC1. Okazało się, że myszy te rozwijały się prawidłowo – były zdrowe i płodne, co sugeruje, że fizjologiczna rola tego białka wciąż pozostaje niejasna. „Badaliśmy myszy w warunkach laboratoryjnych, gdzie zwierzę nie jest narażone na stres. Możliwe, że znaczenie tego białka ujawnia się dopiero w sytuacjach stresowych. Dalsze badania nad funkcją biologiczną CDADC1 są w toku. W tej pracy skupiliśmy się głównie na biochemicznych i molekularnych podstawach jego działania” – wyjaśnił dr Slyvka.

„U człowieka zidentyfikowano ponad 20 tysięcy białek, ale dokładna funkcja znana jest jedynie dla mniej niż połowy z nich” – powiedział dr Slyvka. Obecnie badania koncentrują się głównie na białkach o znanym znaczeniu dla zdrowia, ponieważ mają największy potencjał praktycznego zastosowania. „Badanie nieznanych białek wiąże się z ryzykiem – ich funkcja może być mało istotna z punktu widzenia zastosowań. Często jednak ich znaczenie ujawnia się dopiero z czasem. Moim zdaniem jednak poznanie nowego mechanizmu biochemicznego to wartościowy wkład w naukę, nawet jeśli jego fizjologiczna rola nie jest jeszcze znana. Warto badać zjawiska, które są naukowo ciekawe, nawet jeśli ich użyteczność nie zawsze jest oczywista” – podsumował badacz.

Źródło: pap.pl