​Högupplösta bilder avslöjar hur arvsmassan byggs upp

Med hjälp av högupplösta bilder är det möjligt att studera hur enzymet DNA-polymeras epsilon bygger ny arvsmassa, DNA, och dessutom gör det med hög noggrannhet. Detta enligt den avhandling som Rais Ganai försvarar vid Umeå universitet den 30 januari.

– Den struktur av enzymet som vi har lyckats påvisa i dessa bilder gör det både möjligt att förstå enzymets funktion vid bygget av nytt DNA, men också att mutationer som leder till förändringar i enzymet kan bidra till utvecklingen av cancersjukdom, säger Rais Ganai, doktorand vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysik, Umeå universitet, som har skrivit avhandlingen.

Den information som är nödvändig för överlevnad hos en organism är kodad i arvsmassan i form av deoxiribonukleinsyra, DNA. När en cell delar sig i två dotterceller, kopieras DNA i två exemplar, ett för varje dottercell. Eftersom kopieringsprocessen är väldigt noggrann får dessa två dotterceller samma DNA-innehåll. Då och då sker det dock små misstag i kopieringsprocessen vilka kan leda till ett antal sjukdomar, inklusive cancer.

Enzymet DNA-polymeras-epsilon är ansvarigt för att kopiera hälften av allt DNA i alla så kallade eukaryota organismer, från encelliga jästceller till människor. Mutationer som leder till förändringar i enzymet har visat sig vara viktiga för utvecklingen av flera typer av cancer.

För att avgöra hur molekylstrukturen hos DNA-polymeras-epsilon ser ut har forskarna använt sig av så kallad röntgenkristallografi. Bilden som framträder med tekniken visar enzymet i ett komplex tillsammans med DNA och även dATP, som cellen använder vid produktion av nytt DNA.

Vid analys av den övergripande strukturen av DNA-polymeras-epsilon har Rais Ganai visat att enzymet liknar andra DNA-polymeraser. Men också att DNA-polymeras-epsilon innehåller en unik del, en P-domän, som man tidigare inte har sett hos DNA-polymeraser.

– Genom att använda olika biokemiska tekniker har vi lyckats klarlägga att denna P-domän gör så att enzymet kan bygga DNA i långa sträckor, utan att det tappar greppet om DNA:t och faller av. P-domänen hjälper alltså DNA polymeras epsilon att hålla fast vid DNA-molekylen, säger Rais Ganai.

Rais Ganai har vidare med hjälp av både biokemiska och genetiska metoder använt informationen i bilderna för att studera hur DNA-polymeras-epsilon bygger DNA med hög noggrannhet och hastighet. En studie i avhandlingen som nyligen har publicerats visar att en del av enzymet, Pol2, fungerar som katalysator i den kemiska processen vid uppbyggnad av DNA och att den kemiska reaktionen inte påverkas av andra delar av enzymet. Han har även studerat förmågan hos DNA-polymeras-epsilon, att korrigera sina egna misstag utan att det påverkar dess effektivitet när det gäller att bygga DNA.

Avhandlingen är publicerad digitalt

Rais Ganai kommer från Kashmir, Indien. Han har en magisterexamen i bioteknologi och är doktorand vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysik, Umeå universitet.

För mer information om avhandlingen, kontakta gärna:

Rais Ganai
Telefon: 076-268 13 20
E-post: rais.ganai@umu.se

Porträttfoto för nedladdning

Om disputationen

Fredagen den 30 januari försvarar Rais Ganai vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysik, sin avhandling med titeln: Strukturell och biokemisk grund för den höga nogrannheten och processivitet hos DNA polymeras ε. (Engelsk titel: Structural and biochemical basis for high fidelity and processivity by DNA polymerase ε). Opponent: Per Elias, professor vid Göteborgs universitet.
Huvudhandledare: Erik Johansson.

Disputationen äger rum kl. 10.00 i Naturvetarhuset, N300.