Jak powstał mechanizm naprawy DNA?

Nowe odkrycia naukowe dają nam coraz więcej podstaw do tego, by uważać, że organizmy żywe nie powstały same z siebie. Jednym z takich odkryć jest to, w jaki sposób dochodzi do naprawy uszkodzonego DNA. Na czym polega ten proces? I jak mógł powstać mechanizm naprawy DNA?

Najpierw podstawy. DNA, lub inaczej kwas deoksyrybonukleinowy to organiczny związek chemiczny należący do tzw. kwasów nukleinowych. Innym tego rodzaju kwasem jest RNA, czyli kwas rybonukleinowy. U eukariontów (w tym ludzi) DNA znajduje się w jądrze komórkowym. Cząsteczka ta ma kształt helisy, tj. dwóch nici (szkieletów) zbudowanych z deoksyrybozy i fosforanów, i zakończonych nukleotydami 5’ i 3’, oraz z par zasadowych, które łączą obie nici. Te pary zasad to: adenina (A) i tymina (T), oraz guanina (G) i cytozyna (C).

DNA przechodzi przez liczne procesy. Jednym z nich jest transkrypcja, kiedy do gry wkracza tzw. polimeraza RNA. Transkrypcja prowadzi do powstania nici mRNA (w RNA tyminę T zastępuje uracyl U) i ostatecznie do syntezy białek w komórce. Innym procesem jest replikacja DNA, która jest potrzebna do powstania nowej komórki i w której uczestniczą takie enzymy, jak polimeraza DNA, topoizomeraza, ligaza DNA itp. Dzięki temu procesowi dochodzi do powstania nowej helisy DNA wewnątrz nowych komórek.

Mechanizm naprawy DNA

Niestety replikacja DNA nie jest procesem idealnym – wiąże się z błędami i uszkodzeniami. Te błędy są bardzo rzadkie, ale zdarzają się non-stop. Uszkodzenia DNA mogą zachodzić podczas jego replikacji zarówno wewnątrz jednej komórki, jaki i podczas powstawania nowych komórek. W pierwszym przypadku uszkodzenia prowadzą do starzenia się organizmu. Natomiast w drugim przypadku mogą one nawet doprowadzić do powstania nowotworów i raka.

Jednak nasze komórki są wyposażone w enzymy naprawcze, tworząc swego rodzaju mechanizm naprawy DNA. Mamy tu do czynienia z niezwykle skomplikowaną maszynerią, dzięki której dochodzi do naprawy uszkodzonych genów. Ten proces zachodzi cały czas i gdy z jakiegoś powodu do naprawy nie dojdzie, to uszkodzenia te gromadzą się, co może prowadzić do raka. Naukowcy od ponad 50 lat studiują tę maszynerię i próbują poznać, jakie procesy wtedy zachodzą. Ale jeszcze ciekawsze jest to, jak dochodzi do odczytania błędów i uruchomienia tej maszynerii.

Czym jest kompleks zaciskowy 9-1-1?

Ważną rolę w procesie naprawy DNA wydaje się pełnić tzw. kompleks zaciskowy 9-1-1. Kompleks ten ma kształt pierścienia, który składa się z trzech białek: Rad9, Hus1 i Rad1. Naukowcy doszli do wniosku, że stanowi on swego rodzaju “pierwszy responder”, który jako pierwszy reaguje na błędy w nici DNA. Wygląda to tak, że kompleks 9-1-1 doczepia się do końca 5’ przerwanej nici w miejscu błędu, aktywując tym samym tzw. punkt kontrolny uszkodzenia DNA, co prowadzi do jego naprawienia¹.

Zagadką dla naukowców pozostawało to, w jaki sposób dochodzi do podczepienia się 9-1-1 pod uszkodzoną nić DNA. Tę zagadkę postanowili rozwiązać pracownicy Sloan Kettering Institute: dr Dirk Remus, biolog molekularny, i dr Richard Hite, biolog strukturalny. Dzięki kriomikroskopii elektronowej byli oni w stanie przyjrzeć się procesowi naprawy DNA i działaniu kompleksu 9-1-1, oraz zaobserwować całe struktury związane z tym procesem².

Jak działa kompleks 9-1-1?

Ich wyniki okazały się niezwykle ciekawe. Przez ponad 20 lat naukowcy sądzili, że kompleks 9-1-1 działa podobnie do podkładki zabezpieczającej, gdy dwa otwarte zakończenia rotują poza płaszczyzną, tworząc niewielką lukę, przez którą przechodzą nici DNA. Okazało się, że jest inaczej. Aby kompleks 9-1-1 mógł się podczepić pod koniec 5’ przerwanej nici DNA, musi on się otworzyć i rozszerzyć, aby najpierw weszła druga nić DNA. Gdy ta nić wejdzie, klamra 9-1-1 ponownie się zamyka. Dopiero wtedy ta klamra podczepia się pod uszkodzoną nić i dochodzi do aktywacji punktu kontrolnego uszkodzenia DNA³.

Ponadto ten proces nie zachodzi w sposób spontaniczny, ale jest możliwy dzięki działaniu innego kompleksu białkowego Rad24-RFC, zwanego kompleksem ładującym. Co ciekawe ten konkretny kompleks ładujący, przygotowując nici DNA do procesu naprawy, skręca je w przeciwnym kierunku niż inne kompleksy ładujące, niezwiązane z naprawą DNA. Wygląda na to, że te konkretne białka są specjalnie przystosowane właśnie do tej roli⁴.

DNA został zaprojektowany

Powyższe odkrycia w dziedzinie biologii molekularnej i strukturalnej pokazują nam, jak wiele jeszcze nie wiemy o naszych komórkach i o DNA. Zauważmy, że kompleks 9-1-1 to tylko jeden element całej skomplikowanej maszynerii naprawczej DNA, która z kolei jest tylko jednym elementem całej cząsteczki DNA. Im więcej naukowcy studiują DNA i jego mechanizm naprawy, tym bardziej staje się jasne, jak bardzo skomplikowana jest ta struktura.

Nie ulega wątpliwości, że nawet przez wiele milionów lat ewolucja nie byłaby w stanie wytworzyć tak niesamowicie skomplikowanych mechanizmów. Zwłaszcza gdy mają one na celu kontrolowanie poprawności kopiowania cząsteczki DNA podczas replikacji komórki. To wszystko świadczy o tym, że mamy do czynienia z projektem⁵. A tam, gdzie jest projekt, musi być i projektant. Dlatego zarówno cały DNA, jak i jego “podzespoły” są wspaniałym świadectwem istnienia Boga, naszego Projektanta i Stwórcy.

Przypisy

1. Zheng F. et al., DNA is loaded through the 9-1-1 DNA checkpoint clamp in the opposite direction of the PCNA clamp, Nature Structural and Molecular Biology, 21 marca 2022, https://www.nature.com/articles/s41594-022-00742-6
2. Castaneda J. C. et al., Mechanisms of loading and release of the 9-1-1 checkpoint clamp, Nature Structural and Molecular Biology, 21 marca 2022, https://www.nature.com/articles/s41594-022-00741-7
3. Scientists determine structure of a DNA damage ‘first responder’, Science Daily, 21 marca 2022, https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220321132210.htm
4. Ibid.
5. Ham K., DNA “First Responders”?, Answers in Genesis, 4 kwietnia 2022, https://answersingenesis.org/genetics/dna-structure/dna-first-responders/