Hoppa direkt till innehållet

Information till studenter och medarbetare med anledning av covid-19 (Uppdaterad: 4 december 2020)

printicon

Kopiering och reparation av cellens arvsmassa

Forskningsprojekt Arvsmassan som finns lagrad i en mänsklig cell består av ca 6 miljarder byggstenar. De måste kopieras snabbt och med mycket hög nogrannhet innan cellen kan dela sig. Vid misstag uppstår mutationer som kan leda till att cellen blir en cancercell.

Vi studerar på molekylär nivå hur arvsmassan kan kopieras snabbt och nogrannt. Vi vill förstå hur ett stort antal proteiner kan samarbeta för att utföra den stora utmaning som det är att kopiera arvsmassan i en cell. Vårt fokus ligger på enzymet DNA-polymeras epsilon, som har en viktig men okänd funktion i denna process. Dessutom deltar DNA-polymeras epsilon vid reparationer av skadat DNA samt vid signalering om att cellen har skador i arvsmassan.

Projektansvarig

Erik Johansson
Professor
E-post
E-post
Telefon
090-786 66 38

Projektöversikt

Projektperiod:

2000-07-01 2021-12-31

Finansiering

CancerFonden, Vetenskapsrådet, Carl Tryggers Stiftelse

Medverkande institutioner och enheter vid Umeå universitet

Institutionen för medicinsk kemi och biofysik

Forskningsämne

Biologi, Kemi

Projektbeskrivning

Alla celler som växer och förbereder sig för att dela sig måste kopiera sitt genom (som består av DNA). Detta måste ske med stor noggrannhet, annars kan det uppstå mutationer som orsakar olika slags sjukdomar. Innan en cell omvandlas till en cancercell krävs det till exempel oftast att flera gener muteras i samma cell. För att minimera risken för mutationer har flera kontrollmekanismer byggts in för kopieringen av genomet. En första kontroll görs av DNA-polymeraset som självt kontrollerar att varje bas som sätts in i den nya DNA-strängen är korrekt. Felaktiga baser tas bort och polymeraset försöker sätta dit en ny korrekt bas. En annan kontrollmekanism tillåter inte att cellen kopierar genomet ifall det finns skador i DNA:t eller att cellen delar sig innan allt DNA är kopierat. Om cellen får DNA-skador måste de lagas innan cellen kopierar DNA:t. Om så inte sker, ökar antalet mutationer som uppstår vid kopieringen och nedärvs till den nya dottercellen.

När man bränt sig i solen, har man fått ett stort antal skador i hudcellernas DNA som orsakas av det ultravioletta ljuset. Speciella enzymer känner igen dessa skador och klipper bort de skadade regionerna. Sedan fyller DNA-polymeras delta eller DNA-polymeras epsilon igen hålen. Man vet inte om båda polymerasen krävs, eller om bara det ena polymeraset gör detta. DNA-polymeras epsilon deltar inte bara i reparationen av DNA-skador, utan fungerar även som en sensor för sådana skador. Om en cell utsätts för UV-strålning samtidigt som den kopierar sitt genom, signalerar DNA-polymeras epsilon till cellen att stoppa kopieringen och vänta tills alla skador är reparerade. Det är inte känt hur DNA-polymeras epsilon känner av att det finns DNA-skador eller hur signalen förmedlas. DNA-polymeras epsilon har därmed en mycket central roll i det säkerhetssystem som ska garantera att cellens genom inte förändras/muteras.

DNA-polymeras epsilon är ett av de enzym, s.k. DNA-polymeraser, som aktivt deltar i kopieringen av genomet. Trots det vet man mycket lite om hur detta enzym fungerar. En starkt bidragande orsak är att det finns väldigt små mängder av det i varje enskild cell och därför har väldigt få biokemiska studier av enzymet kunnat göras. Vi har utvecklat ett system för att överuttrycka och rena fram DNA-polymeras epsilon för biokemiska studier. Det gör det möjligt att studera hur enzymet ser ut och är uppbyggt, hur det samverkar med andra proteiner som deltar i DNA-kopieringen eller i reparationer av DNA-skador, samt mäta med vilken noggrannhet DNA-polymeras epsilon kopierar DNA.

Kopieringen och lagningen av arvsmassan samt tillväxtkontrollen sker på likartat sätt i jästceller som i människans celler. Många av de proteiner i jäst som deltar under DNA-kopiering och lagning av DNA-skador har renats fram och studerats biokemiskt. Dessutom har man fördelen att man kan använda genetiska metoder för att kontrollera hur DNA-polymeras epsilon fungerar inne i jästcellen. Detta gör jäst till ett idealt modellsystem för denna typ av studier. Jag hoppas att den här forskningen ska leda till en ökad förståelse för hur cancerceller utvecklas, men även till nya mediciner som kan användas i bekämpningen av cancer.