Wissenschaftler von Yale und der University of Ottawa haben gezeigt, wie die kleinste biochemische Variation in einem Protein für die Replikation und Reparatur von DNA in allen Pflanzen und Tieren entscheidend ist, berichten sie am 17. März in der Zeitschrift Wissenschaft.
Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in Histone, ein hochgradig basisches Protein, das eine entscheidende Rolle bei der Verpackung von DNA in Chromosomen spielt. Seit Jahrzehnten fragen sich Biologen, warum sich eine Variante der Histone, bekannt als H3.1, von ihrem ansonsten genetisch identischen Zwilling H3.3 durch eine einzige Aminosäure unterscheidet.
Aus evolutionärer Sicht ist der Unterschied entscheidend: Die H3.1-Variante kommt in allen Pflanzen und Tieren vor, was Wissenschaftler zu der Annahme veranlasst, dass sie irgendwie an der Genomreplikation während der Zellteilung beteiligt ist. Seine genaue Rolle in diesem Prozess ist jedoch ein Rätsel geblieben.
Unter Verwendung der blühenden Pflanze Arabidopsis thaliana als Modellsystem enthüllten Forscher im Labor von Yannick Jacob, Assistenzprofessor für Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie in Yale und Mitautor der Veröffentlichung, neue Einblicke in die entscheidende Rolle der Variante. Durch die Manipulation des Genoms der Pflanze fanden sie heraus, dass die Änderung einer einzelnen Aminosäure in der Histonvariante H3.1 entscheidend für die Rekrutierung eines spezifischen Proteins ist, das zur Reparatur beschädigter DNA während der Replikation erforderlich ist.
„H3.1 dient als Flag, um dieses Reparaturprotein genau zur richtigen Zeit und am richtigen Ort in den replizierenden Zellen zu lokalisieren“, sagte Jacob. „H3.1 sorgt dafür, dass der Reparaturweg nur während der DNA-Replikation funktioniert.“
Als Wissenschaftler Zellen ohne H3.1 replizierten, sagten Jacob, sahen sie „Mutationen, Aktivierung alternativer DNA-Reparaturwege und viele Entwicklungsdefekte“.
Das Verständnis der Rolle von H3.1 und seiner variablen Aminosäure könnte nicht nur neue therapeutische Ansätze für menschliche Krankheiten wie Krebs eröffnen, sagte Jacob, sondern „zeigt auch, wie der kleinste Unterschied in der Proteinsequenz einen so enormen funktionellen Einfluss im Laufe der Evolution haben kann“.
Diese Studie war eine Zusammenarbeit zwischen der Yale University und einem Forschungsteam der University of Ottawa. Yi-Chun Huang von Yale ist gemeinsam mit Hossein Davarinejad von Ottawa Hauptautor. Jean-François Couture von der University of Ottawa ist der Co-Korrespondenzautor der Studie.
Hossein Davarinejad et al., Die Histon-H3.1-Variante reguliert die TONSOKU-vermittelte DNA-Reparatur während der Replikation, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abm5320