Een onverwachte ontdekking: onze cellen kunnen RNA omzetten in DNA
Amerikaanse vorsers hebben aangetoond dat cellen van zoogdieren dankzij een bepaald polymerase RNA-sequenties kunnen omzetten in DNA. Die ontdekking zet een lang bestaand dogma op de helling. Tot nog toe werd immers aangenomen dat DNA wel kan worden omgezet in RNA, maar RNA niet in DNA.
Een groep van de Thomas Jefferson University in Philadelphia heeft onlangs aangetoond dat een humaan enzym RNA-sequenties kan omzetten in DNA. Dat zet een centraal dogma in de biologie op de helling en zou grote implicaties kunnen hebben.
Voor hun studie hebben dr. Pomerantz et coll. een zeer ongewoon polymerase onderzocht, het DNA-polymerase thèta. Van de 14 DNA-polymerasen in onze cellen zijn er maar drie die het genetische materiaal verdubbelen in voorbereiding op de celdeling. De andere polymerasen detecteren breuken of fouten in DNA-strengen en herstellen die.
Het DNA-polymerase thèta herstelt DNA, maar is bijzonder gevoelig voor fouten en veroorzaakt met name veel fouten of mutaties bij de transcriptie van DNA in RNA. Bij verdere analyse hebben de vorsers opgemerkt dat dat polymerase een aantal van zijn "slechte" eigenschappen gemeen heeft met het reverse transcriptase, een enzym dat RNA omzet in DNA. Onder meer het hiv bevat zo'n reverse transcriptase.
In een rist experimenten hebben de vorsers het DNA-polymerase thèta uitgetest tegen het reverse transcriptase van het hiv. Ze hebben daarbij vastgesteld dat het DNA-polymerase thèta RNA-boodschappen kan omzetten in DNA, dat even goed doet als het reverse transcriptase van het hiv en nog effectiever is bij ontdubbeling van DNA in DNA. Tegen alle verwachtingen in zou dat weleens het belangrijkste doel van het DNA-polymerase thèta in de cellen kunnen zijn.
Door middel van X-straalkristallografie hebben de wetenschappers ontdekt dat het DNA-polymerase thèta van vorm kan veranderen en zich kan aanpassen aan het grotere RNA-molecuul, wat volgens hen een unieke eigenschap is, die andere polymerasen niet hebben.
Het feit dat cellen RNA-sequenties kunnen omzetten in DNA, kan ons een beter inzicht geven in de mechanismen die de groei van kankercellen bepalen.
"Volgens ons onderzoek werkt het DNA-polymerase thèta vooral als een reverse transcriptase", legt dr. Pomerantz uit. "In gezonde cellen kan de functie van het DNA-polymerase thèta erin bestaan DNA te herstellen via boodschapper-RNA. Zieke cellen zoals kankercellen brengen het DNA-polymerase thèta sterk tot expressie, wat de groei van de kankercellen bevordert en resistentie tegen geneesmiddelen in de hand werkt. We zouden nu moeten proberen uit te pluizen hoe de activiteit van het DNA-polymerase thèta op het RNA bijdraagt tot het herstel van DNA en de vermenigvuldiging van kankercellen."
(referentie: Science Advances, 11 juni 2021, doi: 10.1126/sciadv.abf1771)