Niewierne polimerazy

Dla organizmów żywych kluczowym procesem jest replikacja materiału genetycznego. Za proces ten odpowiadają białka z grupy polimeraz. Charakterystyczną cechą tych enzymów jest bardzo wysoka wierność kopiowania. Istnieją jednak również polimerazy o niskiej wierności replikacji (polimerazy TLS). Po co organizmom żywym takie polimerazy?

Świat ożywiony cały czas znajduje się pod presją czynników uszkadzających DNA. Mogą one pochodzić ze środowiska nieożywionego (promieniowanie UV i jonizujące, genotoksyczne związki chemiczne), jak również mogą generować je same organizmy (reaktywne formy tlenu, podatność zasad azotowych na deaminację, depurynacja i depirymidynacja DNA). Liczba powstających uszkodzeń DNA jest ogromna – w przypadku ssaków jest to średnio 30 000 uszkodzeń na komórkę (!). Uszkodzony DNA jest ogromnym problemem, zwłaszcza w obliczu replikacji. Klasyczne polimerazy nie mogą kopiować uszkodzonej matrycy DNA – ich miejsca aktywne są zbyt małe by mogły zmieścić jakkolwiek zmodyfikowany DNA (co z drugiej strony wpływa na ich wysoką wierność). Jeśli uszkodzenie DNA nie zostanie naprawione przed replikacją, może dojść do bloku replikacyjnego, a w konsekwencji nawet śmierci komórki. Ratunkiem w takiej sytuacji są polimerazy procesu TLS (trans-lesion synthesis; synteza pomimo uszkodzenia) pozwalające na replikację uszkodzonego DNA.

Proces TLS mogą przeprowadzać białka należące do kilku rodzin polimeraz DNA. Najlepiej poznanymi polimerazami TLS są polimerazy należące do rodziny Y (Rev1, η, ι, κ) oraz polimeraza ζ, zaliczana do rodziny B. Polimerazy TLS występują we wszystkich grupach organizmów żywych, od bakterii po człowieka, co wskazuje na konieczność ich obecności w maszynerii molekularnej. Wyjątkowe zdolności polimeraz TLS wynikają z możliwości ignorowania uszkodzeń, przez wbudowywanie nukleotydów naprzeciwko uszkodzenia. Uszkodzenie pozostaje więc cały czas obecne w DNA – poprzez aktywność polimeraz TLS zwiększa się częstotliwość mutacji. Jest to cena jaką organizmy żywe płacą za przeżycie pod stałą presją czynników uszkadzających DNA. Należy jednak zwrócić uwagę, że DNA zreplikowany przez polimerazy TLS może być substratem podczas mechanizmów naprawy DNA. Dzięki temu tempo mutacji organizmów żywych jest znacznie niższe niż można by oczekiwać.

Opracowanie: Przemysław Tomczyk

Źródła:
Tomczyk P.P., Synowiec E., Wysokiński D., Woźniak K., 2016. Eukariotyczne polimerazy TLS. Postepy Hig Med Dosw 70: 522-533.
Waters L.S., Minesinger B.K., Wiltrout M.E., D’Souza S., Woodruff R.V., Walker G.C.: Eukaryotic translesion polymerases and their roles and regulation in DNA damage tolerance. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2009; 73: 134-154

Photos Selected by freepik