A DNS-polimeráz δ korrigálja az ε DNS-polimeráz által elkövetett hibákat

Szerkesztette: Sue Jinks-Robertson, Duke Egyetem Orvostudományi Kar, Durham, NC, és jóváhagyta: 2020. február 5. (áttekintésre beérkezett: 2019. október 9.)

korrigálja

Jelentőség

A Polδ és a Polε az eukarióták két fő replikatív polimeráza, de pontos szerepük a replikációs villánál továbbra is vita tárgya. Az adatok nagy része alátámasztja azt a modellt, ahol a Polε és a Polδ szintetizálja a vezető, illetve a lemaradó DNS-szálakat. Ezt a modellt azonban nehéz összeegyeztetni azzal a ténnyel, hogy a Polδ mutációinak sokkal erősebb következményei vannak a genom stabilitására, mint a Polε egyenértékű mutációira. Közvetlen bizonyítékot szolgáltatunk egy régóta szórakoztató ötletre, miszerint a Polδ a saját hibái mellett a Polε által elkövetett hibákat is ki tudja olvasni, és ezáltal nagyobb hangsúlyt fektet a mutációk elkerülésére. Ez a cikk lényeges előrelépést jelent az eukarióta DNS-replikáció mechanizmusának megértésében.

Absztrakt

Az eukarióta replikáció során a DNS polimerázok ε (Polε) és δ (Polδ) szintetizálják a vezető és a lemaradó szálakat. A modell régóta ismert ellentmondásában a Polε hűségének hibái sokkal gyengébben hatnak a mutagenezisre, mint az analóg Polδ hibák. Korábban felmerült, hogy a Polδ jobban hozzájárul a mutációk elkerüléséhez, mert a saját hibái mellett a Polε által létrehozott eltéréseket is korrektúrázza. Ennek a modellnek azonban közvetlen bizonyítéka hiányzott. Megmutattuk, hogy élesztőben a mutációs ráta szinergikusan növekszik, ha egy Polε nukleotid szelektivitási hibát egy Polδ korrektúra hibával kombinálunk, ami azt mutatja, hogy a Polε hibák külső korrektúrát mutatnak a Polδ által. Ezzel szemben a Polδ nukleotid szelektivitás és a Polε korrektúra hibák kombinálása nem eredményez szinergiát, ami azt jelzi, hogy a Polε nem tudja kijavítani a Polδ által elkövetett hibákat. Megmutatjuk továbbá, hogy a Polδ képes in vitro eltávolítani az exonukleáz-hiányos Polε által okozott hibákat. Ezek a megállapítások szemléltetik az egyszálú – egypolimeráz modell komplexitását, ahol a szintézis nagyrészt megosztottnak tűnik, de a Polδ korrektúra mindkét szálon működik.

A kérdés megválaszolásához élesztő törzseket használtunk, amelyek nukleotidszelektivitási hibát hordoztak az egyik polimerázban, a Polδ vagy a Polε, a másikban pedig korrektúra hibát. Összehasonlítottuk a megfelelő egyszeres és kettős mutánsok mutációs rátáit, hogy meghatározzuk, hogy az egyik polimeráz lektorálásának aktivitása sorozatosan vagy párhuzamosan hat-e a másik nukleotidszelektivitásával. In vitro replikációs rendszert is alkalmaztunk annak megvizsgálására, hogy a Polδ képes-e kivágni az exonukleáz-hiányos Polε által generált nem megfelelő primer végeket. Eredményeink azt mutatják, hogy a Polδ képes kijavítani a Polε hibáit, de Polε nem tudja kijavítani a Polδ hibáit. Ez a megfigyelés közvetlen bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a súlyos Polε hűséghibák rendkívül enyhe in vivo következményeit a Polδ kompenzációs korrektúrája magyarázza. Ezek az eredmények alátámasztják egy replikációs villa modellt, ahol a vezető és lemaradó szálak szintézise elsősorban külön polimerázokkal valósul meg, de a korrektúra dinamikusabb, és a Polδ exonukleázával végezhető mindkét szálon.

Eredmények

A Polδ által készített, korrekt olvasási hibák a Polε által, a Polε viszont nem a polδ in vivo által készített javítással kapcsolatos hibák.

A Polε nukleotidszelektivitás és a Polδ lektorálási hibák szinergikus kölcsönhatása