РНК выступает в роли матрицы для синтеза ДНК при обратной транскрипции ретровирусов (например, ВИЧ), ретротранспозонов и при поддержании длины теломер (повторяющихся последовательностей ДНК на концах хромосом, необходимых для их стабильности). Никаких указаний на прямое участие РНК как матрицы в репарации хромосом, включая залечивание двухцепочечных разрывов, получено не было, несмотря на то, что РНК присутствует в ядре в большом количестве. В большинстве организмов ДЦР устраняются за счёт гомологичной рекомбинации, или же за счёт негомологичного соединения концов разрыва.

Было обнаружено, что РНК косвенно может участвовать в репарации (негомологичном соединении концов), являясь матрицей для синтеза одноцепочечной ДНК-копии (кДНК), с последующим образованием комплиментарной цепи ДНК.

РНК также участвует в гомологичной рекомбинации в клетках почкующихся дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), в которых рекомбинация проходит очень легко. И там РНК действует не напрямую, а посредством своей кДНК, синтезируемой в цитоплазме обратной транскриптазой, ферментом, поставляемым ретротранспозоном Ty.

Образование духцепочечных молекул (так называемых гетеродуплексов) одноцепочечными фрагментами ДНК и РНК возможно как in vitro, так и in vivo, однако прямой гомологичный обмен генетической информации между молекулами РНК и ДНК известен не был.

Авторы статьи, досрочно опубликованной на сайте журнала Nature, утверждают, что РНК может служить матрицей для синтеза ДНК во время репараци ДЦР хромосомной ДНК дрожжей [1]. Репарация осуществляется рибоолигонуклеотидами (одноцепочечными короткими фрагментами РНК), комплиментарными разорванным концам ДНК. Принимая во внимание этот факт и то, что ДНК-полимеразы α и δ, участвующие в репликации дрожжевой ДНК, могут копировать короткие РНК-матрицы in vitro, можно говорить о возможности переноса генетической информации молекулами РНК in vivo за счёт прямого взаимодействия с гомологичными последовательностями хромосомной ДНК.

Открытие синтеза ДНК in vitro и in vivo полимеразами α и δ на матрице РНК-содержащих олигониклеотидов существенно в ситуациях, когда фрагменты РНК оказывается в составе цепи ДНК in vivo, как, например, в случае с митохондриальным геномом млекопитающих. Включение рибонуклеотидных остатков в состав ДНК может происходить в процессе нормального метаболизма ДНК: некоторые ДНК полимеразы могут использовать в качестве субстрата рибонуклеотиды in vitro, a ДНК-лигаза I (фермент, сшивающий фрагменты ДНК) может пришивать к ДНК также и остатки рибонуклеотидов в процессе созревания фрагментов Оказаки in vitro.

Репарация двуцепочечных разрывов «на матрице РНК» четко отличается от открытой ранее РНК/кДНК-зависимой репарации. В первом случае, отсутствует барьер для прямого переноса генетической информации от РНК на хромосомную ДНК. Исходя из этой новой способности РНК, авторы статьи предполагают, что эндогенные РНК могут непосредственно участвовать в залечивании фрагментов ДНК после транскрипции, тем более, что локальная концентрация РНК в данном случае высока. Результаты, представленные в статье, закладывают основы нашего понимания возможных механизмов прямого переноса генетической информации от гомологичных эндогенных РНК к ДНК.

Способность РНК переносить генетическую информацию на гомологичные молекулы хромосомных ДНК открывает новые возможности для направленного изменения генов (gene targeting), учитывая легкость амплификации РНК внутри клетки. Более того, РНК-матрицы, участвующие в репарации ДНК, могут вносить свой вклад в процессы эволюции генома и поддержания его стабильности.

Литература

1. Francesca Storici, Katarzyna Bebenek, Thomas A. Kunkel, Dmitry A. Gordenin, Michael A. Resnick. (2007). RNA-templated DNA repair. Nature. 447, 338-341.