Чтобы заделать разрыв в ДНК, клетка может использовать в качестве шаблона не только другую нить ДНК, но и РНК, которую ранее синтезировала на повреждённом гене.

Когда в ДНК случаются повреждения, клетка ремонтирует их, используя комплементарную нить ДНК из той же молекулы, что и повреждённая цепь, или же с помощью ДНК из гомологичной хромосомы. То есть если в хромосоме, доставшейся от матери, случился разрыв, то залатывать этот разрыв клетка будет с помощью хромосомы с теми же генами, но доставшейся от отца. В повреждённой ДНК нужно восстановить последовательность нуклеотидов, и нормальная, целая ДНК как раз и служит шаблоном, с которого можно скопировать нужную последовательность.

Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Corbis).

Однако одной лишь ДНК тут дело не ограничивается. Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что калькой для заплатки может служить также и РНК. Вся рибонуклеиновая кислота синтезируется в клеточном ядре в ходе транскрипции, но большая её часть быстро покидает ядро, переходя в цитоплазму, а ту, которая в ядре остаётся, клетка старается держать подальше от ДНК. Известно, что РНК, если она прилипнет к ДНК, может нарушить процессы транскрипции и репликации, то есть синтеза новых РНК и ДНК. Но, как оказалось, РНК, липнущая на ДНК, может приносить не только вред, но и пользу.

Ещё в 2007 году Франческа Сторичи (Francesca Storici) и её коллеги заметили, что РНК, введённая в клетки (в том числе и человеческие), помогает заделывать бреши в ДНК. Однако эффективность такого ремонта была невелика, и исследователи решили выяснить, как можно его улучшить. Для экспериментов выбрали дрожжи Saccharomyces cerevisiae, у которых сначала выключали способность синтезировать ДНК на РНК-шаблоне. Затем в таких клетках провоцировали двуцепочечные разрывы в ДНК и смотрели, сможет ли клетка их заделать. Как известно, последовательность генов в ДНК состоит из экзонных и интронных областей; после того, как РНК на ДНК синтезировалась, из неё вырезаются интронные последовательности, не нужные для синтеза белка (процесс удаления интронов называется спайсинг). В эксперименте ген, в который вносили двуцепочечный разрыв, содержал интрон. Сам опыт был поставлен таким образом, что дрожжевая клетка могла выжить, если разрыв в гене с интроном ремонтировала РНК, в которой, разумеется, уже никакого интрона не было.

В статье в Nature авторы пишут, что дрожжи успешно заделывали с помощью РНК двуцепочечные разрывы в своей ДНК, причём РНК могла быть синтезированной до этого как на самом разорванном гене, так и на ДНК гомологичной хромосомы. Важно отметить, что РНК была эндогенная, то есть синтезированная самой клеткой, а не введённая в неё извне. Здесь мы имеем дело с ещё одним случаем, когда генетическая информация передаётся по цепочке биомолекул «в обратную сторону», то есть с РНК на ДНК. (Другие примеры обратного потока информации – ретровирусы, синтезирующие ДНК на своей РНК, и фермент теломераза, которая удлиняет теломеры, используя в качестве шаблона РНК).

Хотя сами исследователи полагают, что похожий РНК-зависимый ремонт ДНК есть и в других клетках, это надо будет проверить в дополнительных экспериментах. Если окажется, что такой механизм работает и в клетках человека, мы получим дополнительные возможности для предотвращения онкологических заболеваний, которые возникают как раз из-за повреждений ДНК.