진화는 트레이드 오프 게임입니다. 유기체가 상속되는 모든 특성에는 이점과 단점이있을 수 있습니다. 자연 선택에 중요한 것은 특성이 균형에서 긍정적인지 부정적인지 여부입니다. 그러나 최근의 연구에서 연구자들은 대부분의 것보다 반 직관적 인 것처럼 보이는 균형 행동을 설명했다 :박테리아 세포는 전사의 우선 순위-유전자의 RNA 전 사체를 단백질 생산의 첫 단계로 만드는 과정-DNA의 이중 가닥 파괴를 복구하는 것.
.휴스턴의 Baylor College of Medicine의 생물 학자 인 Susan Rosenberg는“우리는 DNA를 세포의 뇌라고 생각하는 경향이 있습니다. "우리가 그 비유를 밀고 신체의 일부가하는 방식으로 자원을 놓고 경쟁하는 세포의 일부에 대해 생각한다면, 뇌는 다른 모든 것을 희생하여 필요한 모든 것을 얻어야합니다."
.그래서 그녀의 베이 로어 동료 인 크리스토프 허먼 (Christophe Herman)은 전사가 DNA 복구보다 더 중요하다는 가설을 가지고 그녀에게 다가 갔을 때, 로젠버그는 다른 방법으로 내기 할 준비가되어있었습니다. "그리고 나는 이길 것이라고 확신했다"고 그녀는 말했다.
그러나 그녀는 잘못 입증되었습니다. 지난 달, 그녀, Herman과 그들의 팀은 Nature 의 연구 결과를 발표했습니다. :그들은 일련의 실험과 복잡한 대조군을 사용하여 전사가 e에서 DNA 복구를 능가 할 수 있음을 발견했습니다. coli .
로젠버그의 초기 회의론은 의미가 있습니다. DNA는 결국 유전의 기초이며, 고장난 염색체는 치명적일 수 있습니다. 반면에 RNA 전 사체의 오류는 덜 심각하게 보입니다. 이러한 사본은 일시적이고 수명이 짧고 셀은 일반적으로 둘 이상의 사본을 만듭니다. 일리노이 대학교의 미생물학자인 Andrei Kuzminov는“집이 불에 타면 모든 것을 버리기 위해 홈 도서관의 책 중 하나에서 정확한 사본을 가져 왔는지 확인하지 않습니다. “당신은 당신의 인생을 위해 달려갑니다!”
그러나이 이야기는 훨씬 더 복잡한 것으로 밝혀졌습니다. 전통적인 DNA 중심 관점이 수리 및 전사와 같은 복잡한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지 설명하는 데 항상 최선은 아닙니다.
전사의 전력 상승
허먼은 DNA의 중요성을 과장하는 것이 거의 10 년 전 DNA를 RNA에 복사 할 때 발생한 오류가 e의 유전 적 변화로 이어질 수 있음을 발견했을 때 실수가 될 수 있다고 의심하기 시작했다. coli 세포. (이러한 효과는 후성 유전 학적이어서 세포의 DNA가 화학적으로 변형되었음을 의미하는 반면 기본 서열은 동일하게 유지된다는 것을 의미합니다.) 다른 연구는 또한 전사 오류와 암, 다발성 경화증 및 알츠하이머 사이의 상관 관계를 보여 주었지만, 링크는 반드시 인과적일 필요는 없습니다. 허먼에 따르면 퍼즐의 마지막 조각은 작년에 J. Craig Venter Institute와 합성 유전체학이 생존 해야하는 최소 게놈으로 처음부터 세포를 만들었을 때 작년에 제자리에 떨어졌다. 허먼은 합성 세포의 473 개 유전자 중“DNA 복구에 관련된 단백질을 코딩 한 사람은 거의 없다”고 지적했다. 그러나 전사 충실도를 유지하는 데 관련된 주요 단백질이있었습니다. 허먼은“인생에는 필수적이었다”고 말했다
과학자들은 전사 과정이 우연히 DNA의 복구에 도움이 될 수있는 방식에 대해 더 깊이 파고 들기 시작했습니다. 그러나 Baylor 팀의 새로운 결과는 이러한 프로세스가 때때로 장애물이 될 수 있음을 시사합니다.
Herman, Rosenberg 및 그들의 동료들은 e에서 유전자를 제거했습니다. coli 이는 세포가 올바른 RNA 전 사체를 만들 수 있도록하는 교정 단백질의 유형 인 전사 충실도 인자 GREA를 암호화합니다. 그런 다음이 팀은 방사선을 모방하는 약물을 사용하여 이중 가닥 DNA 파손을 유도했습니다. 그들은 GREA가 없을 때 세포가 약물의 손상 효과에 훨씬 더 저항력이 있음을 발견했습니다. 실제로 박테리아의 DNA를 복구하는 능력은 100 배 향상되었습니다. “그들은 온화한 사람이되었습니다. coli Rosenberg가 말했다
"나는 대부분의 사람들이 세포가 가능한 DNA 복구 활동을 분배 할 것이라고 추측하지 않았을 것"이라고 그녀는 덧붙였다. 그러나 그것은 일이 일어나는 것 같습니다. 단일 전사 관련 단백질은 우리가 본질적으로 볼 때 100 배 더 잘 작동하는 수리 과정을 취하고 있습니다.
로드 블록 및 충돌
일반적으로 염색체가 이중 가닥 파괴를 경험할 때, 효소는 인접한 DNA를 수리 전주곡으로 분해하기 시작합니다. e. coli 그리고 다른 박테리아,이 효소가 CHI 부위라고 불리는 일련의 뉴클레오티드에 도달하면 DNA를 씹는 것을 멈추고 수리 과정을 시작합니다.
한편, 전사 오류가 발생하면, 미완성 된 RNA 및 중합 효소의 복합체는 GREA 및 기타 전사 인자가 잘못된 뉴클레오티드를 제거 할 수있을 때까지 실속됩니다.
Herman과 Rosenberg는 Grea가 없으면 전사 복합체가 DNA에 붙어 있다고 제안했습니다. DNA 분해 효소가 가닥으로 내려 오면, 멈춘 복합체로 들어가서 충돌을 CHI 부위로 해석하여 DNA 복구로 전환합니다. Herman은“그런 종류의 신호로 [효소]를 멈추지 않으면 DNA는 백만 기초와 같은 것으로 저하 될 수 있습니다. “저하를 멈추고 [수리]를 시작하라고 말하지 않으면 문제가 발생합니다. 여기서 셀이 다른 방법을 찾은 것 같습니다.”
과학자들은 게놈 시퀀싱을 기반으로 수리 과정을 시각화하는 방법을 개발했으며, 가설에 대한 좋은 증거를 발견했습니다. GREA가 부족한 세포에서 DNA 분해가 적은 DNA 파손 부위를 둘러싸고있었습니다. Herman과 Rosenberg에게 멈춘 전사 복합체가 더 많은 수리를 촉진했을 수 있음을 암시합니다.
프로테옴 뒷면
허먼에 따르면,이 관찰은 세포가 올바른 단백질을 생성하는 것이 중요하다는 것을 입증한다. 메신저 RNA 전 사체는 예상 할 수있는 대량으로 만들어지지 않습니다. 때로는 세포의 중요한 단백질 생산은 소수에 달려 있습니다. 따라서 단일 열악한 전 사체는 세포의 효소 활성을 직접 변경하는 것뿐만 아니라 다른 관련없는 단백질을 제대로 기능 할 수없는 도미노 효과를 통해 파괴적인 결과를 초래할 수 있습니다.
Rosenberg는 연구원 들이이 문제에 대해 생각할 때 수학을 잘못하고 있다고 말했다. 빠르게 증가하는 인구의 세포 분열 동안. coli , 세포는 단일 염색체의 하나 이상의 사본을 포함한다. DNA가 하나의 사본에서 파손되면 딸 세포의 한 계보에 치명적일 수 있지만 다른 계통은 괜찮을 것입니다. 그러나 분할 세포의 단백질 세트 (그것의 프로테옴)가 결함있는 RNA 전 사체에 의해 손상되면, 모든 자손은 부적합 할 수 있습니다.
Rosenberg는“여기서 미적분학은 하나의 나쁜 사본이 매우 많은 수의 나쁜 단백질을 생산할 수 있다는 것입니다. "세포의 삶의 마지막 생계 또는 다이 순간은 염색체의 손실보다 세포의 단백질 조성과 더 관련이 있습니다."
.애리조나 주립 대학의 진화 생물 학자 인 Jean-François Gout는“흥미로운 발견입니다. "이야기가 완벽하다고 생각합니다." 전사 및 복구와 같은 과정에 관련된 복합체간에 충돌이 발생하면 동시에 DNA에 접근 할 수있는“진화는 필연적으로 최상의 균형을 향해 당신을 밀어 올릴 것”이라고 덧붙였다.
트레이드 오프 게임
다른 전문가들은 Herman과 Rosenberg의 결과를 다르게 해석합니다. 영국 뉴캐슬 대학교의 분자 생물 학자 인 Nikolay Zenkin은 Evolution이 전사와 DNA 복구 사이의 균형을 맞추지 않았다고 생각합니다. 대신, 전사와 DNA 복제 사이의 다른 충돌을 개선하는 방법을 찾았습니다. 정체 된 전사 복합체는 DNA 복구 과정을 돕는 손에 빌려주는 것이 아닙니다. 또한 DNA를 복제하는 세포 기계를 방해하여 이중 가닥 파손을 유발할 수 있습니다. 따라서 GREA는 DNA 파손을 방지함으로써 게놈 완전성을 촉진한다. Zenkin은“이벤트를 수정하는 것이 효율적이기보다는 이벤트를 피하는 것이 좋습니다.
또한 영국 노팅엄 대학교 (University of Nottingham)의 유전학 명예 교수 인 로버트 로이드 (Robert Lloyd)는 자발적인 이중 가닥 파괴를 덧붙였다. coli 상대적으로 드물다. 결과적으로 Baylor 팀의 관찰은 그다지 놀라운 일이 아닐 수도 있습니다. 박테리아의 중요한 요소는 생존하고 번성 할 수 있도록 유전자를 정확하게 발현하는 것입니다. Lloyd는“정상적인 성장 인구에서 DNA 파손을 복구 해야하는 요구 사항은 다른 종에 대한 경쟁 우위를 확보 할 필요성만큼 크지 않을 것”이라고 말했다. 세포가 DNA를 깨뜨릴 가능성이 높은 극한 조건 하에서 진화했다면, "그들은이를 다루기 위해 다른 메커니즘을 진화 시켰을 것이며, 유전자 발현의 효율은 더 이상 첫 번째 관심사가되지 않을 것이다."
.로이드는“이것은 불가피한 이점만큼이나 수수께끼가 아니다.
Herman과 Rosenberg의 발견은 전사가 DNA 대사와 어떻게 관련 될 수 있는지에 대한 더 풍부한 그림을 그렸으며, 세포의 복지를 보장하는 데 전사가 역할을했다고 워싱턴 대학의 미생물학자인 Houra Merrikh는 말했다. Merrikh는“그들의 연구는 우리가 기본 박테리아 유전학으로 돌아가는 것이 얼마나 중요한지를 강조합니다. "우리가 배울 수있는 것이 많으며 분자 메커니즘에 대해 알지 못하는 것이 많으며, 이런 종류의 유전학을 사용하여 연구 할 수 있습니다."
.Herman과 Rosenberg는 이제보다 직접적인 생화학 적 실험으로 그들의 메커니즘을 확인하고 싶어하며, 그들의 결과가 박테리아를 넘어 인간 세포를 포함한 더 복잡한 세포로 일반화 될 수있는 정도를 연구하기를 희망합니다. Rosenberg는 상위 수준의 유기체에서 비슷한 일이 발생한다면 암 연구에도 영향을 줄 수 있다고 말했다. 그녀는 특정 유형의 암에 걸리기 쉬운 사람들에게는 전사 및 복구 과정 사이에 불리한 균형이있을 수 있으며 전사 충실도를 약간 조정하면 건강을 향상시킬 수 있다고 추측했습니다. 그녀는“이 발견은 마음을 사로 잡는다”고 덧붙였다.“아니요, 세포에서 하나의 작은 단백질을 조정할 수 있으며, 세포는 DNA 복구에서 훨씬 더 나을 수 있습니다.” 그러나 그녀는 순 효과가 유익한 것보다 더 해로울 수 있다고 경고 했으므로 그러한 잠재적 치료를 신중하게 테스트해야 할 것입니다.
Far-In-the-Future Medical Advances를 제외하고 Herman은 자신의 연구 결과가 전사 충실도에 대한 연구에 더 큰 관심을 끌기를 희망하며, 이는 항상 DNA 복구 연구에 뒷받침을 가져 왔습니다. "이것은 게임이 바뀔 것입니다."라고 그는 말했다. "그리고 사람들은 더 많은 관심을 기울이기 시작할 것입니다."
