Um novo estudo contribui para uma imagem emergente e radicalmente nova de como as células bacterianas reparam continuamente seções defeituosas de seu DNA.
Publicado online em 16 de maio na revista Célula, o relatório descreve o mecanismo molecular por trás de uma via de reparo do DNA que se opõe à inclusão equivocada de um certo tipo de bloco de construção molecular, ribonucleotídeos, em códigos genéticos. Tais erros são frequentes no processo de cópia de código em bactérias e outros organismos. Dado que a incorporação incorreta de ribonucleotídeos pode resultar em alterações prejudiciais no código de DNA (mutações) e quebras de DNA, todos os organismos evoluíram para ter uma via de reparo de DNA chamada reparo por excisão de ribonucleotídeo (RER) que corrige rapidamente esses erros.
No ano passado, uma equipe liderada por Evgeny Nudler, PhD, professora Julie Wilson Anderson do Departamento de Bioquímica e Farmacologia Molecular da NYU Langone Health, publicou duas análises de reparo de DNA em seres vivos E. coli células. Eles descobriram que a maior parte do reparo de certos tipos de danos ao DNA (lesões volumosas), como as causadas pela irradiação UV, pode ocorrer porque as seções de código danificadas foram identificadas pela primeira vez por uma máquina de proteínas chamada RNA polimerase. A RNA polimerase move a cadeia de DNA, lendo o código das “letras” do DNA enquanto transcreve as instruções em moléculas de RNA, que então direcionam a construção de proteínas.
Nudler e colegas descobriram que, durante esse processo de transcrição, a RNA polimerase também encontra lesões no DNA e serve como plataforma para a montagem de uma máquina de reparo de DNA chamada complexo de reparo por excisão de nucleotídeos (NER). O NER então extrai o DNA defeituoso encontrado e o substitui por uma cópia precisa. Sem a ação da RNA polimerase, pouco NER, se houver, ocorre em bactérias vivas.
Agora o novo estudo em Célula fornece a primeira evidência de que, como na via NER, o RER está fortemente acoplado à transcrição. Os autores do estudo encontraram evidências de que a principal enzima envolvida no RER, RNaseHII, também coopera com a RNA polimerase, uma vez que procura ribonucleotídeos incorporados incorretamente nas cadeias de DNA de células bacterianas vivas.
“Nossos resultados continuam a inspirar o repensar de certos princípios básicos no campo do reparo do DNA”, diz Nudler, também pesquisador do Howard Hughes Medical Institute. “No futuro, nossa equipe planeja investigar se a RNA polimerase escaneia o DNA em busca de todos os tipos de problemas e desencadeia o reparo em todo o genoma, não apenas em bactérias, mas também em células humanas”.
Técnicas de ponta
Ribonucleotídeos (os blocos de construção do RNA) e desoxirribonucleotídeos (componentes do DNA) são compostos relacionados. À medida que as células copiam e constroem cadeias de DNA em células bacterianas, elas muitas vezes incorporam erroneamente ribonucleotídeos em cadeias de DNA no lugar de desoxirribonucleotídeos porque diferem apenas por um único átomo de oxigênio, dizem os autores do estudo. Nas células bacterianas, sabe-se que a DNA polimerase III comete cerca de 2.000 desses erros toda vez que copia o material genético de uma célula. Para manter a integridade do genoma, a maior parte dos ribonucleotídeos extraviados é removida pela via RER, mas uma questão-chave era sobre como o RNaseHII encontra lesões relativamente raras de ribonucleotídeos em meio a um “oceano” de códigos de DNA celular intactos tão rapidamente.
Como fizeram em seus estudos de 2022, os pesquisadores usaram espectrometria de massa quantitativa e reticulação proteína-proteína in vivo para mapear as distâncias entre proteínas quimicamente ligadas e, assim, determinaram as principais superfícies de RNaseHII e RNA polimerase à medida que interagem em células bacterianas vivas. Dessa forma, eles determinaram que a maioria das moléculas de RNaseHII se acoplam à RNA polimerase.
Além disso, eles usaram microscopia eletrônica criogênica (CryoEM) para capturar as estruturas de alta resolução da RNaseHII ligada à RNA polimerase para revelar as interações proteína-proteína que definem o complexo RER. Além disso, experimentos genéticos guiados por estrutura que enfraqueceram a interação RNA polimerase/RNaseHII comprometeram o RER.
“Este trabalho apóia um modelo em que o RNaseHII escaneia o DNA em busca de ribonucleotídeos extraviados, montando na RNA polimerase enquanto se move ao longo do DNA”, diz o primeiro autor do estudo, Zhitai Hao, um pós-doutorando no laboratório de Nudler. “Este trabalho é vital para nossa compreensão básica do processo de reparo do DNA e tem implicações clínicas de longo alcance.”
Junto com Nudler e Hao, os autores do estudo no Departamento de Bioquímica e Farmacologia Molecular da NYU Grossman School of University School of Medicine foram Manjunath Gowder, Binod Bharati, Vitaly Epshtein, Vladimir Svetlov e Ilya Shamovsky. O estudo foi apoiado pelo National Institute of Health, o Howard Hughes Medical Institute e pela Blavatnik Family Foundation.