تقترح العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية أن الحمض النووي يحتوي على المعلومات اللازمة لتشفير جميع بروتيناتنا ، وتقوم ثلاثة أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي بترجمة هذا الرمز إلى بولي ببتيدات بشكل سلبي. على وجه الخصوص ، يحمل الرنا المرسال (mRNA) مخطط البروتين من الحمض النووي للخلية إلى ريبوسوماتها ، وهي "الآلات" التي تتحكم في تخليق البروتين. ثم ينقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) الأحماض الأمينية المناسبة إلى الريبوسوم لإدماجها في بروتين جديد. وفي الوقت نفسه ، فإن الريبوسومات نفسها تتكون أساسًا من جزيئات RNA الريبوسوم.
ومع ذلك ، في نصف قرن منذ تطوير بنية الحمض النووي لأول مرة ، تعلم العلماء أن الحمض النووي الريبي يلعب دورًا أكبر بكثير من مجرد المشاركة في تخليق البروتين. على سبيل المثال ، تم العثور على العديد من أنواع الحمض النووي الريبي لتكون محفزة ، مما يعني أنها تنفذ تفاعلات كيميائية حيوية بنفس الطريقة التي تقوم بها الإنزيمات. بالإضافة إلى ذلك ، وجد أن العديد من أنواع الحمض النووي الريبي الأخرى تلعب أدوارًا تنظيمية معقدة فيالخلايا.
وهكذا ، تلعب جزيئات الحمض النووي الريبي أدوارًا عديدة في كل من العمليات الخلوية الطبيعية وحالات المرض. عادةً ما تسمى جزيئات الرنا التي لا تأخذ شكل الرنا المرسال non-coding لأنها لا ترمز للبروتينات. مشاركة mRNAs غير المشفرة في العديد من العمليات التنظيمية. أدى انتشارها وتنوع وظائفها إلى فرضية أن "عالم RNA" يمكن أن يسبق تطور وظائف DNA و RNA في الخلية ، والمشاركة في التخليق الحيوي للبروتين.
الحمض النووي الريبي غير المشفر في حقيقيات النوى
هناك عدة أنواع من الحمض النووي الريبي غير المشفر في حقيقيات النوى. والجدير بالذكر أنها تنقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) والحمض النووي الريبوزي (الرنا الريباسي). كما ذكرنا سابقًا ، يلعب كل من الرنا الريباسي و الرنا الريباسي دورًا مهمًا في ترجمة الرنا المرسال إلى بروتينات. على سبيل المثال ، اقترح فرانسيس كريك وجود جزيئات الحمض النووي الريبي المحول التي يمكن أن ترتبط برمز نوكليوتيد الرنا المرسال ، مما يسهل نقل الأحماض الأمينية إلى سلاسل متعددة الببتيد المتزايدة.
عمل هوغلاند وآخرون. (1958) أكد بالفعل أن جزءًا معينًا من الحمض النووي الريبي الخلوي مرتبط تساهميًا بالأحماض الأمينية. في وقت لاحق ، حقيقة أن الرنا الريباسي تحول إلى مكون هيكلي للريبوسومات تشير إلى أنه ، مثل الحمض النووي الريبي ، فإن الرنا الريباسي أيضًا لا يرمز.
بالإضافة إلى rRNA و tRNA ، هناك عدد من الحمض النووي الريبي غير المشفر في الخلايا حقيقية النواة. تساعد هذه الجزيئات في العديد من وظائف تخزين الطاقة المهمة للحمض النووي الريبي في الخلية ، والتي لا تزال تعداد وتعريف. غالبًا ما يشار إلى هذه RNAs على أنها RNAs تنظيمية صغيرة (sRNAs).في حقيقيات النوى ، تم تصنيفها أيضًا في عدد من الفئات الفرعية. معًا ، تمارس RNAs التنظيمية آثارها من خلال مزيج من الاقتران الأساسي التكميلي ، والتعقيد مع البروتينات ، والنشاط الأنزيمي الخاص بها.
الحمض النووي الريبي النووي الصغير
تتكون إحدى الفئات الفرعية المهمة من الرنا التنظيمي الصغير من جزيئات تعرف باسم الرنا النووي الصغير (snRNAs). تلعب هذه الجزيئات دورًا مهمًا في تنظيم الجينات من خلال ربط الحمض النووي الريبي. تم العثور على SnRNAs في النواة وعادة ما ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبروتينات في مجمعات تسمى snRNPs (بروتينات نووية ريبونية صغيرة ، يشار إليها أحيانًا باسم "snurps"). أكثر هذه الجزيئات شيوعًا هي جزيئات U1 و U2 و U5 و U4 / U6 ، والتي تشارك في التضفير قبل mRNA لتشكيل mRNA ناضجة.
MicroRNA
موضوع آخر ذو أهمية كبيرة للباحثين هو microRNAs (miRNAs) ، وهي عبارة عن جزيئات RNA تنظيمية صغيرة يتراوح طولها بين 22 و 26 نيوكليوتيد. تم اكتشاف وجود الحمض النووي الريبي ووظائفها الانقباضية في الخلية في تنظيم الجينات في الأصل في النيماتودا C. elegans (Lee et al. ، 1993 ؛ Wightman et al. ، 1993). منذ اكتشافهم للـ miRNAs ، تم التعرف عليهم في العديد من الأنواع الأخرى ، بما في ذلك الذباب والفئران والبشر. حتى الآن ، تم التعرف على عدة مئات من الجزيئات المجهرية. قد يكون هناك الكثير (He & Hannon، 2004).
لقد ثبت أن MiRNAs تمنع التعبير الجيني عن طريق قمع الترجمة. على سبيل المثال ، miRNAs المشفرة بواسطة C. elegans و lin-4 و let-7 ،ترتبط بالمنطقة 3'-غير المترجمة من أهداف mRNA الخاصة بهم ، مما يمنع تكوين البروتينات الوظيفية في مراحل معينة من تطور اليرقات. حتى الآن ، يبدو أن معظم miRNAs التي تمت دراستها تتحكم في التعبير الجيني عن طريق الارتباط بـ mRNAs المستهدفة من خلال الاقتران الأساسي غير الكامل والتثبيط اللاحق للترجمة ، على الرغم من ملاحظة بعض الاستثناءات.
تظهر الأبحاث الإضافية أن الجزيئات المجهرية تلعب أيضًا دورًا مهمًا في السرطان والأمراض الأخرى. على سبيل المثال ، يتم إثراء الأنواع miR-155 في الخلايا البائية المشتقة من ورم الغدد الليمفاوية في بوركيت ، ويرتبط تسلسلها أيضًا بانتقال الكروموسومات المعروف (تبادل الحمض النووي بين الكروموسومات).
الحمض النووي الريبي الصغير المتداخل
الرنا الصغير المتداخل (سيرنا) هو فئة أخرى من الرنا. على الرغم من أن هذه الجزيئات لا يتجاوز طولها من 21 إلى 25 زوجًا قاعديًا ، إلا أنها تعمل أيضًا على إسكات التعبير الجيني. على وجه الخصوص ، يمكن تضمين خيط واحد من جزيء siRNA مزدوج الشريطة في مجمع يسمى RISC. يمكن لهذا المركب المحتوي على RNA أن يمنع نسخ جزيء mRNA الذي يحتوي على تسلسل مكمل لمكون RNA الخاص به.
تم تحديد MiRNAs لأول مرة من خلال مشاركتها في تداخل الحمض النووي الريبي (RNAi). ربما تطورت كآلية دفاع ضد فيروسات RNA مزدوجة الشريطة. يتم اشتقاق SiRNAs من نسخ أطول في عملية مشابهة لتلك التي تحدث بها miRNAs ومعالجة كلا النوعين من RNA تتضمن نفس الإنزيممقامر. يبدو أن الفئتين تختلفان في آليات القمع الخاصة بهما ، ولكن تم العثور على استثناءات حيث تظهر siRNAs سلوكيات أكثر نموذجية من miRNAs والعكس بالعكس (He & Hannon ، 2004).
الحمض النووي الريبي النووي الصغير
داخل النواة حقيقية النواة ، النواة هي الهيكل الذي تتم فيه معالجة الرنا الريباسي وتجميع الريبوسوم. تم عزل جزيئات تسمى الحمض النووي الريبي الصغير (snoRNAs) من المستخلصات النووية بسبب وفرتها في هذا الهيكل. تعمل هذه الجزيئات على معالجة جزيئات الرنا الريباسي ، والتي غالبًا ما تؤدي إلى مثيلة والتشكيل الكاذب لنيوكليوسيدات معينة. يتم التوسط في التعديلات بواحدة من فئتين من snoRNAs: C / D-box أو H / ACA-box ، والتي تتضمن عادةً إضافة مجموعات الميثيل أو أزمرة اليورادين في جزيئات الرنا الريباسي غير الناضجة ، على التوالي.
الحمض النووي الريبي غير المشفر في بدائيات النوى
ومع ذلك ، فإن حقيقيات النوى لم تدفع السوق إلى الحمض النووي الريبي غير المشفر مع وظائف طاقة تنظيمية محددة للـ RNAs في الخلية. تمتلك البكتيريا أيضًا فئة من الرنا التنظيمي الصغير. تشارك الرنا الريباسي البكتيري في عمليات تتراوح من الفوعة إلى الانتقال من مرحلة النمو إلى المرحلة الثابتة التي تحدث عندما تواجه البكتيريا حالة الحرمان من المغذيات.
أحد الأمثلة على الرنا الريباسي البكتيري هو 6S RNA الموجود في الإشريكية القولونية. تم تمييز هذا الجزيء جيدًا ، حيث حدث تسلسله الأولي في عام 1980. 6S RNAيتم حفظها عبر العديد من الأنواع البكتيرية ، مما يشير إلى دور مهم في تنظيم الجينات.
لقد ثبت أن RNA يؤثر على نشاط RNA polymerase (RNAP) ، وهو الجزيء الذي ينسخ الحمض النووي الريبي المرسال من الحمض النووي. يمنع 6S RNA هذا النشاط عن طريق الارتباط بوحدة فرعية من البوليميراز التي تحفز النسخ أثناء النمو. من خلال هذه الآلية ، يمنع 6S RNA التعبير عن الجينات التي تحفز النمو النشط وتساعد الخلايا على الدخول في المرحلة الثابتة (جبري ، 2005).
مفاتيح الريبوس
تنظيم الجينات - في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى - يتأثر بالعناصر التنظيمية للحمض النووي الريبي تسمى المحولات الريبية (أو مفاتيح RNA). Riboswitches هي مستشعرات RNA تكتشف وتستجيب للإشارات البيئية أو الأيضية وبالتالي تؤثر على التعبير الجيني.
مثال بسيط لهذه المجموعة هو مستشعر درجة الحرارة RNA الموجود في جينات الفوعة لمسببات الأمراض البكتيرية Listeria monocytogenes. عندما تدخل هذه البكتيريا إلى المضيف ، فإن درجة الحرارة المرتفعة داخل جسم المضيف تصهر البنية الثانوية للجزء في المنطقة غير المترجمة 5 'من الرنا المرسال التي تنتجها الجين البكتيري prfA. نتيجة لذلك تحدث تغييرات في البنية الثانوية.
تم إثبات أن المحولات الريبية الإضافية تستجيب لصدمات الحرارة والبرودة في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، كما أنها تنظم تكوين المستقلبات مثل السكريات والأحماض الأمينية. على الرغم من أن المحولات الريبية تبدو أكثر شيوعًا في بدائيات النوى ، فقد تم العثور على العديد منها أيضًا في الخلايا حقيقية النواة.
