בכל פעם שתא מתחלק, ה-DNA שלו משוכפל כך שלשני תאי הבת יש את אותו החומר הגנטי כמו ההורה שלהם. המשמעות היא שמיליוני פעמים ביום מתרחש בגוף פלא ביוכימי: העתקה של מולקולת ה-DNA. זוהי עבודה בעלת דיוק גבוה המבוצעת על ידי חלבונים ספציפיים וכוללת מערכות להגנה מפני שגיאות פוטנציאליות שעלולות להוביל למחלות כמו סרטן.
אחת מהמערכות הללו נגד תקלות התגלתה זה עתה על ידי חוקרים בקבוצת שכפול ה-DNA במרכז הספרדי הלאומי לחקר הסרטן (CNIO), בראשותו של חואן מנדז. הוא מבוסס על חלבון שמבטיח שה-DNA יועתק רק פעם אחת, כפי שצריך, ולא פעמיים או יותר.
כאשר אזור של DNA משוכפל יתר על המידה, נוצרים שברים במולקולה, והסבירות לביטוי יתר של גן הקשור לסרטן עולה (אם הוא נמצא באזור שכפול יתר); ההשפעה השלילית שלו על תפקוד התא תהיה אז גדולה יותר וזו עלולה להיות התחלה של סרטן.
לכן, הימנעות מעודף שכפול "מונעת נזק ל-DNA ומפחיתה את הסיכוי להגברת האונקוגנים", אומר מנדז.
העתקת רצף של 3 מיליארד חלקים ללא שגיאות
למולקולת ה-DNA יש מבנה סליל כפול. להעתקה, שני הגדילים של הסליל מופרדים תחילה וכל אחד מהם משמש כתבנית עבור מכונות השכפול לבניית שני סלילים כפולים חדשים. השלמת התהליך אורכת שעות. ברקמות שמתחדשות בתדירות גבוהה, כמו העור או המעיים, תאים משתכפלים (ומעתיקים DNA) כמעט ברציפות.
זה לא תהליך פשוט. למולקולת DNA אנושית יש 3 מיליארד חלקים כימיים, הבסיסים-;האותיות המפורסמות A,T,C,G. הסדר שבו מסודרות האותיות הללו מרכיב את המידע הגנטי, כלומר ההוראות שאומרות לתא ליצור את זה או החלבון הזה בכל רגע נתון.
אם ההוראות שגויות, למשל, אם יש מוטציות, יכולה להופיע מחלה. לכן, העתקת DNA היא תהליך קריטי עבור האורגניזם, שפיתח מספר מנגנונים מולקולריים כדי למנוע טעויות. זה שגילו חוקרי CNIO כעת כולל את החלבון RAD51. משימתו, בהקשר זה, היא למנוע מקטעי DNA שכבר הועתקו פעם אחת יועתקו שוב.
ההעתקה מתחילה באלפי מקומות בבת אחת
העתקת DNA מתחילה באלפי אתרים בו זמנית, הנקראים מקורות בז'רגון. החלבונים האחראים להעתקה מתחברים למקורות הללו ומתחילים לעבוד, פועלים כמו מיקרו-מכונות.
כבר הייתה ידועה מערכת ראשונית לבקרת שכפול עודף, המונעת הפעלת מקורות יותר מפעם אחת. עם זאת, אם תהליך העתקה שני מתחיל בטעות, נכנס לפעולה מנגנון האנטי-כשל החדש שהתגלה, המבוסס על RAD51.
חוקרים ב-CNIO הבחינו כי RAD51 נקשר באופן זמני ל-DNA החדש שסונתז. אם תהליך ההעתקה מופעל מחדש בשוגג, נוכחותו על ה-DNA החדש (שמשמש כעת כתבנית להעתקה) הופכת למכשול פיזי: מכונות ההעתקה לא יכולות להמשיך להתקדם.
בלם שני בשכפול מחדש
ראינו ש-RAD51 פועל כבלם שני לשכפול מחדש של DNA."
סרג'יו מוניוז, המחבר הראשון של המחקר
בדרך זו, "RAD51 מונע כפילויות גנומיות שעלולות לנבוע ממקורות שהופעלו מחדש".
בפרסומם ב כתב העת EMBO, המחברים כותבים כי "שכפול מחדש של DNA יכול לתדלק קרצינוגנזה על ידי קידום אנופלואידיה (מספר שגוי של כרומוזומים בתא) ויצירת אוכלוסיות תאים הטרוגניות המשפרות את יכולת ההסתגלות של תאי הגידול."
התפקיד המגן של RAD51 עשוי להיות חשוב במיוחד בנגעים טרום-גידוליים, שבהם קיים סיכון מוגבר לשכפול יתר.
במחקר השתתפו גם חוקרים מאוניברסיטת ציריך.
