A modern biológia lenyűgözi felfedezésének egyediségét és léptékét. Ma ez a tudomány a szemünk elől rejtett folyamatok többségét vizsgálja. Ez figyelemre méltó a molekuláris biológia számára – az egyik ígéretes terület, amely segít megfejteni az élő anyag legbonyolultabb titkait.
Mi az a fordított átírás
A fordított transzkripció (röviden RT) a legtöbb RNS-vírusra jellemző sajátos folyamat. Fő jellemzője a hírvivő RNS-en alapuló kettős szálú DNS-molekula szintézise.
Az OT nem jellemző a baktériumokra vagy az eukarióta szervezetekre. A fő enzim, a reversetáz kulcsszerepet játszik a kettős szálú DNS szintézisében.
Felfedezési előzmények
Az 1970-es évekig abszurdnak tartották azt az elképzelést, hogy egy ribonukleinsav molekula a DNS-szintézis sablonjává válhat. Aztán B altimore és Temin egymástól külön dolgozva szinte egyszerre fedeztek fel egy új enzimet. RNS-függő DNS-polimeráznak vagy reverz transzkriptáznak nevezték.
Ennek az enzimnek a felfedezése feltétel nélkül megerősítette az organizmusok létezésétképes a fordított átírásra. Mindkét tudós Nobel-díjat kapott 1975-ben. Egy idő után Engelhardt alternatív nevet javasolt a reverz transzkriptáznak - revertáz.
Miért mond ellent az OT a molekuláris biológia központi dogmájának
A központi dogma a szekvenciális fehérjeszintézis fogalma bármely élő sejtben. Egy ilyen rendszer három összetevőből épül fel: DNS, RNS és fehérje.
A központi dogma szerint az RNS kizárólag a DNS-templáton szintetizálható, és az RNS csak ezután vesz részt a fehérje elsődleges szerkezetének felépítésében.
Ezt a dogmát hivatalosan elfogadták a tudományos közösségben a fordított átírás felfedezése előtt. Nem meglepő, hogy a DNS RNS-ből történő fordított szintézisének gondolatát a tudósok régóta elutasítják. Csak 1970-ben, a reversetas felfedezésével együtt vetett véget ez a probléma, ami a fehérjeszintézis koncepciójában is tükröződött.
A madárretrovírusok visszafordítása
A reverz transzkripció folyamata nem teljes az RNS-függő DNS-polimeráz részvétele nélkül. A madár retrovírus visszafordítását eddig a legnagyobb mértékben tanulmányozták.
Ennek a fehérjének csak körülbelül 40 molekulája található a víruscsalád egyik virionjában. A fehérje két egyenlő számú alegységből áll, és három fontos reversease funkciót lát el:
1) DNS-molekula szintézise mind egyszálú/kétszálú RNS-templáton, mind dezoxiribonukleinsavak alapján.
2) RNáz H aktiválás, melynek fő szerepe azaz RNS-molekula hasítása az RNS-DNS komplexben.
3) DNS-molekulák szakaszainak megsemmisítése az eukarióta genomba való beillesztéshez.
Mechanizmus OT
A fordított átírás lépései a víruscsaládtól függően változhatnak, pl. a nukleinsavak típusáról.
Vegyük először a reversetast használó vírusokat. Itt az OT folyamat 3 lépésre oszlik:
1) A „-” RNS-szál szintézise az RNS-szál „+”-templátán.
2) Az RNS „+” szálának elpusztítása az RNS-DNS komplexben az RNáz H enzim segítségével.
3) Kétszálú DNS-molekula szintézise az RNS-lánc "-" templátján.
A virionok szaporodásának ez a módja néhány onkogén vírusra és a humán immunhiányos vírusra (HIV) jellemző.
Érdemes megjegyezni, hogy az RNS-templáton lévő bármely nukleinsav szintéziséhez magra vagy primerre van szükség. A primer egy rövid nukleotidszekvencia, amely komplementer egy RNS-molekula (templát) 3'-végével, és fontos szerepet játszik a szintézis beindításában.
Amikor vírus eredetű, kész kettős szálú DNS-molekulák integrálódnak az eukarióta genomba, beindul a virionfehérje szintézis szokásos mechanizmusa. Ennek eredményeként a vírus által „befogott” sejt viriongyártó gyárrá válik, ahol nagy mennyiségben keletkeznek a szükséges fehérje- és RNS-molekulák.
A reverz transzkripció másik módja az RNS-szintetáz működésén alapul. Ez a fehérje aktív a paramixovírusokban, rhabdovírusokban, pikornovírusokban. Ebben az esetben nincs harmadik szakasza az OT-nek - a formációnakkettős szálú DNS, és helyette egy „+” RNS-lánc szintetizálódik a vírus „-” RNS-láncának templátján, és fordítva.
Az ilyen ciklusok ismétlődése a vírusgenom replikációjához és a fehérjeszintézisre képes mRNS kialakulásához vezet fertőzött eukarióta sejt körülményei között.
A fordított transzkripció biológiai jelentősége
Az OT folyamat számos vírus (elsősorban a retrovírusok, például a HIV) életciklusában kiemelkedő jelentőségű. Az eukarióta sejtet megtámadó virion RNS-e az első DNS-szál szintézisének templátjává válik, amelyen nem nehéz befejezni a második szálat.
A kapott vírus kettős szálú DNS-e beépül az eukarióta genomba, ami a virionfehérje szintézis folyamatainak aktiválásához és a fertőzött sejten belüli nagyszámú másolat megjelenéséhez vezet. Ez a Revertase és általában az OT fő küldetése a vírus számára.
Reverz transzkripció az eukariótákban is előfordulhat retrotranszpozonok – mobil genetikai elemek – kontextusában, amelyek egymástól függetlenül tudnak transzportálni a genom egyik részéből a másikba. A tudósok szerint ezek az elemek okozták az élő szervezetek evolúcióját.
A retrotranszpozon az eukarióta DNS egy szakasza, amely számos fehérjét kódol. Az egyik, a reversetase közvetlenül részt vesz az ilyen retrotranszporozon delokalizációjában.
Az OT használata a tudományban
A reversetáz tiszta formájában történő izolálása óta a biológusok elfogadták a reverz transzkripció folyamatát. Az OT mechanizmusának tanulmányozása továbbra is segít a legfontosabb emberi fehérjék szekvenciáinak leolvasásában.
A tény az, hogy az eukarióták genomja, köztük mi is, nem informatív régiókat tartalmaz, amelyeket intronoknak nevezünk. Amikor egy nukleotidszekvenciát olvasunk le az ilyen DNS-ből, és egyszálú RNS képződik, az utóbbi elveszti az intronokat, és kizárólag fehérjét kódol. Ha a DNS-t reversetázzal szintetizálják egy RNS-templáton, akkor könnyen meg lehet szekvenálni, és megtudni a nukleotidok sorrendjét.
A reverz transzkriptáz által képzett nukleinsavat cDNS-nek nevezik. Gyakran használják a polimeráz láncreakcióban (PCR) a kapott cDNS kópia kópiaszámának mesterséges növelésére. Ezt a módszert nemcsak a tudományban, hanem az orvostudományban is alkalmazzák: a laboránsok egy közös könyvtárból határozzák meg az ilyen DNS hasonlóságát különféle baktériumok vagy vírusok genomjaival. A vektorok szintézise és baktériumokba való bejuttatása a biológia egyik ígéretes területe. Ha RT-t használnak az emberek és más élőlények DNS-ének kialakítására intronok nélkül, az ilyen molekulák könnyen bejuthatnak a baktérium genomjába. Így az utóbbiak gyárakká válnak az ember számára szükséges anyagok (például enzimek) előállítására.
