Processen att kopiera DNA är komplex koreografi som kräver snabba hastigheter och precision. Att upptäcka de intrikata detaljerna i denna process kan identifiera nya sätt att rikta in sig på sjukdomar, som cancer, och KAUST-forskare har just upptäckt ett avgörande steg.

DNA:t i varje mänsklig cell är cirka 3 miljarder siffror långt och måste kopieras varje gång en cell delar sig - vilket inträffar nästan 2 biljoner gånger varje dag.

Om fel uppstår i DNA-replikeringen, celler kan bli onormala och ge upphov till sjukdom. DNA-kod som har muterats för att låta cellen dela sig okontrollerat, till exempel, kan leda till cancer. Detta gör det avgörande att förstå hur enzymer replikerar och reparerar DNA, säger Manal Zaher, doktorsexamen student i Samir Hamdans grupp på KAUST, som ledde studien.

Zaher undersökte enzymerna som tillåter korta DNA-strängar som bildas under DNA-replikation, kallas Okazaki-fragment, att länka ihop till en kontinuerlig sträng av DNA.

Genom en process som kallas Okazaki-fragmentmognad, ett enzym som kallas FEN1 skär av "flikar" i Okazaki-fragmenten som måste tas bort innan fragmenten kan sammanfogas. "Sekvensbaserad specificitet förklarar delvis hemligheten med replikationstrohet, dock, vi saknar nyckelinformation om grunden för den strukturbaserade excision av FEN1 som krävs vid ~50 miljoner Okazaki-fragmentplatser under human DNA-replikation, " förklarar Hamdan.

FEN1 överproduceras eller förändras i många former av cancer, och Zaher ville undersöka den exakta inblandningen av detta enzym.

Forskarna använde en avbildningsteknik som kallas single-molecule FRET för att upptäcka hur FEN1 dockar och frigörs från andra enzymer och DNA-fragment.

Zaher blev förvånad över att upptäcka att FEN1 fungerade som en växling mellan två olika enzymvägar. Om fliken var kort, FEN1 dockade till DNA:t för att låta Okazaki-fragmenten gå med. Dock, om fliken var lång, FEN1 studsade av, lämnade två andra enzymer som heter Dna2 och RPA att docka på och skära av huvuddelen av klaffen innan FEN1 i sin tur kom in för att avsluta jobbet.

"Denna tvåstegsmekanism kan avsevärt hjälpa vår förståelse av regleringen av de efterföljande Okazaki-fragmentstegen, " förklarar Zaher, "och det är särskilt viktigt eftersom mutationer i både Dna2 och RPA också har kopplats till cancer."

Hamdans grupp har satt ögonen på att undersöka nästa interaktion som FEN1 genomgår, fortsätter att reda ut mysterierna med DNA-replikation ett steg i taget.