Еще недавно обратная транскрипция считалась явлением редким, распространенным преимущественно в мире вирусов и не оказывающим существенного влияния на эволюцию жизни.

Большинство обнаруженных в последние годы молекулярных механизмов обработки наследственной информации связаны с неизвестными ранее функциями молекул РНК. Поначалу считалось, что РНК — не более чем посредник между молекулами ДНК, в которых закодирована наследственная информация, и белками, в структуре которых эта информация реализуется. Поток информации в клетке полагался строго однонаправленным: ДНК → РНК → белок (этот тезис был назван "центральной догмой молекулярной биологии"). Такая однонаправленность делает невозможным наследование приобретенных признаков. Однако уже к концу 60-х — началу 70-х годов «догму» пришлось пересматривать и расширять. Открытие обратной транскрипции — переписывания информации с РНК на ДНК — показало, что пути передачи генетической информации более разнообразны. Это открыло широкий простор для гипотез в русле «молекулярного ламаркизма».

На обратной транскрипции основано размножение ретровирусов и ретротранспозонов, образование так называемых ретропсевдогенов  и достройка кончиков хромосом (теломер), укорачивающихся при каждом клеточном делении.

В статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, описан очередной «неканонический» механизм обработки наследственной информации, основанный на обратной транскрипции. Оказалось, что в ходе репарации — починки повреждений в молекулах ДНК — роль матриц, информация с которых переписывается в геномную ДНК взамен утерянной, могут играть молекулы РНК.

Если молекула ДНК повреждена — например, подверглась разрыву (double-strand break, DSB) — для ее починки необходима матрица, в которой последовательность нуклеотидов соответствует исходному, «правильному» состоянию поврежденного участка. Ранее считалось, что в качестве таких матриц всегда используются другие молекулы ДНК. Позже было установлено, что иногда эти ДНК-матрицы синтезируются путем обратной транскрипции на основе РНК при участии ретротранспозонов.

Ученые из Национального института экологии здоровья (National Institute of Environmental Health Sciences, США) сумели показать, что репарация возможна и непосредственно на основе РНК-матриц, без предварительного изготовления ДНК-матрицы и без участия специфических ферментов — обратных транскриптаз, кодируемых ретротранспозонами.

Исследователи искусственно вызывали у дрожжей разрыв хромосомы в одном и том же строго определенном месте (внутри гена LEU2). Затем в клетки добавляли искусственно синтезированные короткие молекулы РНК, последовательности нуклеотидов в которых соответствовали участкам поврежденной хромосомы по краям разрыва. Оказалось, что эта процедура повышает вероятность успешной «починки» разорванной хромосомы в 500 раз. Кроме того, дрожжевые клетки, в которые вводили РНК, производили ремонт поврежденной хромосомы с высокой точностью, тогда как контрольные клетки, в которые РНК не вводилась, делали это с ошибками — небольшими лишними вставками или пропусками. Это значит, что в контрольных клетках использовался менее точный механизм репарации — негомологичное соединение концов (см. рис.).

Если в середину молекулы РНК, служащей матрицей для репарации, ввести несколько лишних нуклеотидов, они потом обнаруживаются в «починенной» хромосоме как раз между сшитыми краями разрыва. Это свидетельствует о синтезе ДНК на матрице РНК, то есть об обратной транскрипции.

Исследователи решили выяснить, какие ферменты осуществляют обратную транскрипцию в ходе репарации. Вообще, существует 4 класса ферментов, осуществляющих матричный синтез нуклеиновых кислот:

В данном случае подозрение, естественно, в первую очередь падало на ферменты второй группы. Однако это подозрение не подтвердилось. Исследователи отключили у дрожжей все гены обратных транскриптаз (и те, что обеспечивают перемещения ретротранспозонов, и те, что достраивают кончики хромосом). Это не повлияло на эффективность, с которой РНК-матрицы способствуют успешной репарации разорванных хромосом.

Исследователи отмечают, что их результаты говорят об отсутствии принципиальных преград для переписывания информации из РНК в ДНК в живых клетках и что это может иметь большое значение для эволюции.

Недавно было открыто функциональное и структурное сходство РНК-полимеров из 3-й и 4-й групп. Теперь можно говорить о функциональной близости также и ферментов из 1-й и 2-й групп. Ниточку от группы 3 к группе 1 тоже можно протянуть: репликация ДНК всегда начинается с синтеза РНК-затравок (RNA primers). Может быть, в конечном счете все 4 группы НК-полимераз происходят от единого общего корня.

Источник: Francesca Storici, Katarzyna Bebenek, Thomas A. Kunkel, Dmitry A. Gordenin, Michael A. Resnick. RNA-templated DNA repair // Nature. 2007. V. 447. P. 338–341.

Статья Александра Маркова "РНК служит матрицей для исправления повреждений в ДНК".
http://elementy.ru/news/430519