ما هو تدخل الحمض النووي الريبي؟ يشير هذا المصطلح إلى نظام للتحكم في نشاط الجينات في الخلايا حقيقية النواة. تحدث عملية مماثلة بسبب جزيئات قصيرة (لا تزيد عن 25 نيوكليوتيد لكل سلسلة) من جزيئات الحمض النووي الريبي.
يتسم تداخل الحمض النووي الريبي (RNA) بتثبيط ما بعد النسخ للتعبير الجيني من خلال تدمير أو إبادة الرنا المرسال.
دلالة
وجد في خلايا العديد من حقيقيات النوى: الفطريات والنباتات والحيوانات.
يعتبر تداخل الحمض النووي الريبي طريقة مهمة لحماية الخلايا من الفيروسات. تشارك في عملية التطور الجنيني.
بسبب الطبيعة القوية والانتقائية لتأثير حمض الريبونوكليك على التعبير الجيني ، يمكن إجراء بحث بيولوجي جاد في الكائنات الحية ، مزارع الخلايا.
في السابق ، كان لتداخل الحمض النووي الريبي اسم مختلف - كبت cosuppression. بعد دراسة تفصيلية لهذه العملية ، حصلنا على جائزة نوبل في الطب عن دراسة آلية حدوثها بواسطة Andrew Fire و Craig Melo ، تمت إعادة تسمية هذه العملية.
التاريخ
ما هو تدخل الحمض النووي الريبي؟ اكتشافه يرجع إلى الملاحظة الأولية الجادة تحت تأثيرتثبيط الحمض النووي الريبي المضاد للتعبير في جينات النبات.
في وقت لاحق ، حصل العلماء الأمريكيون على نتائج مذهلة عندما تم إدخال الجينات المحورة إلى زهور البتونيا. حاول الباحثون تعديل النبات الذي تم تحليله بطريقة تعطي الأزهار لونًا أكثر تشبعًا. للقيام بذلك ، أدخلوا في الخلايا نسخًا إضافية من جين إنزيم chalcone synthase ، المسؤول عن تكوين الصباغ الأرجواني.
لكن نتائج الدراسة كانت غير متوقعة على الإطلاق. بدلاً من التغميق المطلوب لتويج البطونية ، أصبحت أزهار هذا النبات بيضاء. يُطلق على انخفاض نشاط إنزيم سينسيز تشالكون اسم كبت cosuppression.
نقاط مهمة
كشفت التجارب التالية عن التأثير على عملية تثبيط ما بعد النسخ للتعبير الجيني بسبب زيادة مستوى تدهور الرنا المرسال.
في ذلك الوقت كان من المعروف أن تلك النباتات التي تعبر عن بروتينات خاصة ليست عرضة للإصابة بالفيروس. لقد ثبت تجريبياً أن الحصول على هذه المقاومة يتحقق عن طريق إدخال تسلسل قصير غير مشفر من الحمض النووي الريبي الفيروسي في جين النبات.
تداخل الحمض النووي الريبي ، الذي لا تزال آليته غير مفهومة تمامًا ، يُطلق عليه "إسكات الجينات الناجم عن الفيروسات".
بدأ علماء الأحياء في استدعاء مجموع هذه الظواهر تثبيط ما بعد النسخ للتعبير الجيني.
تمكن Andrew Fire وزملاؤه من إثبات الصلة بين ظاهرة مشابهة وإدخال مجموعة من الدلالاتالحمض النووي الريبي ومضاد الدلالة يشكلان الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة. كانت هي التي تم التعرف عليها على أنها السبب الرئيسي لظهور العملية الموصوفة.
ميزات الآليات الجزيئية
يتم تحفيز بروتين Giardia intestinalis Dicer عن طريق قطع RNA مزدوج الشريطة لإنتاج شظايا RNA صغيرة متداخلة. مجال RNAase أخضر ، ومجال PAZ أصفر ، ولولب الربط أزرق.
يعتمد تطبيق تداخل الحمض النووي الريبي على المسارات الخارجية والداخلية.
الآلية الأولى تعتمد على جينوم الفيروس أو هي نتيجة التجارب المعملية. يتم قطع هذا الحمض النووي الريبي إلى أجزاء صغيرة في السيتوبلازم. يتشكل النوع الثاني أثناء التعبير عن الجينات الفردية للكائن الحي ، على سبيل المثال ، الحمض النووي الريبي قبل الميكرو. إنه ينطوي على إنشاء هياكل حلقة جذعية محددة داخل النواة ، وتشكيل mRNAs التي تتفاعل مع مجمع RISC.
الحمض النووي الريبي الصغير المتداخل
هي سلاسل تتكون من 20-25 نيوكليوتيد مع نتوءات نيوكليوتيدات في النهايات. تحتوي كل سلسلة على جزء هيدروكسيل في الطرف 3 ومجموعة فوسفات في الجزء 5. يتكون هيكل من هذا النوع نتيجة عمل إنزيم دايسر على الحمض النووي الريبي الذي يحتوي على دبابيس الشعر. بعد الانقسام ، تصبح الأجزاء جزءًا من المركب الحفاز. يعمل بروتين الأرجونوت على تفكيك طبقة RNA المزدوجة تدريجيًا ، مما يساهم في ترك حبلا "موجه" واحد فقط في RISC. يسمح لمركب المستجيب بالبحث عن مرنا هدف محدد. عند الانضماميحدث تدهور مرنا المركب siRNA-RISC.
تهجين هذه الجزيئات بنوع واحد من الرنا المرسال المستهدف ، مما يؤدي إلى انقسام الجزيء.
مرنا
تدخل الحمض النووي الريبي ووقاية النبات هما عمليتان مترابطتان.
mRNA يتكون من 21-22 نيوكليوتيدات متتالية من أصل داخلي ، والتي تشارك في عملية التطور الفردي للكائنات الحية. يتم نسخ جيناتها لتشكيل نسخ أولية طويلة من نصوص pri-miRNA. هذه الهياكل لها شكل حلقة جذعية ، طولها يتكون من 70 نيوكليوتيد. تحتوي على إنزيم له نشاط RNase ، بالإضافة إلى بروتين قادر على ربط RNA مزدوج الشريطة. علاوة على ذلك ، يحدث النقل إلى السيتوبلازم ، حيث يصبح الحمض النووي الريبي الناتج ركيزة لإنزيم دايسر. قد تتم المعالجة بطرق مختلفة ، اعتمادًا على نوع الخلية.
هذه هي الطريقة التي يعمل بها تداخل الحمض النووي الريبي. لم يتم استكشاف تطبيق العملية بالكامل بعد.
على سبيل المثال ، كان من الممكن تحديد إمكانية مسار مختلف لمعالجة mRNA ، والذي لا يعتمد على Diser. في هذه الحالة ، يتم قطع الجزيء بواسطة بروتين الأرجونوت. الفرق بين miRNA و siRNA هو القدرة على تثبيط الترجمة باستخدام العديد من mRNAs المختلفة التي تحتوي على تسلسل أحماض أمينية متشابهة.
مركب مؤثر RISC
تدخل RNA ،تسمح الوظائف البيولوجية لها بحل العديد من المشكلات المتعلقة بمركب البروتين ، مما يضمن انقسام الرنا المرسال أثناء التداخل. يعزز مجمع RISC تقسيم ATP إلى عدة أجزاء.
بمساعدة تحليل حيود الأشعة السينية ، تم تحديد أنه عن طريق مثل هذا التعقيد ، يتم تسريع العملية بشكل كبير. يعتبر الجزء الحفاز من بروتينات الأرجونوت المترجمة في أماكن معينة في السيتوبلازم. تمثل هذه الأجسام P مناطق ذات مستويات كبيرة من تدهور الحمض النووي الريبي ؛ حيث تم اكتشاف أعلى نشاط مرنا فيها. تدمير مثل هذه المجمعات مصحوب بانخفاض في كفاءة عملية تداخل الحمض النووي الريبي.
طرق قمع النسخ
بالإضافة إلى عمله على مستوى التثبيط متعدية ، فإن الحمض النووي الريبي له أيضًا تأثير على نسخ الجينات. تستخدم بعض حقيقيات النوى هذه الطريقة لضمان استقرار بنية الجينوم. بفضل تعديل الهستونات ، من الممكن تقليل التعبير الجيني في منطقة معينة ، لأن هذه القطعة تمر في شكل كروماتين مغاير.
تدخل الحمض النووي الريبي ودوره البيولوجي قضية مهمة تستحق الدراسة والتحليل الجاد. لإجراء بحث ، يتم النظر في أقسام السلسلة المسؤولة عن نوع الاقتران.
على سبيل المثال ، بالنسبة للخميرة ، يتم تنفيذ قمع النسخ بدقة بواسطة مجمع RISC ، الذي يحتوي على جزء Chp1 مع الكرومودومين ، والأرجونوت ، والبروتين الذي يحتوي علىوظيفة غير معروفة Tas3.
للحث على تكوين مناطق الكروماتين المتغاير ، فإن إنزيم Dicer ، RNA polymerase ، مطلوب. يؤدي تقسيم هذه الجينات إلى انتهاك مثيلة الهيستون ، ويؤدي إلى تباطؤ في انقسام الخلايا ، أو التوقف التام لهذه العملية.
تحرير RNA
الشكل الأكثر شيوعًا لهذه العملية في حقيقيات النوى الأعلى هو عملية تحويل الأدينوزين إلى إينوزين ، والذي يحدث في الشريط المزدوج من الحمض النووي الريبي. لإجراء مثل هذا التحول ، يتم استخدام إنزيم أدينوزين ديميناز.
في بداية القرن الحادي والعشرين ، تم طرح فرضية تم بموجبها التعرف على آلية تداخل الحمض النووي الريبي وتحرير الجزيء كعمليات تنافسية. تشير دراسات الثدييات إلى أن تحرير الحمض النووي الريبي يمكن أن يمنع إسكات الجينات.
الاختلافات بين الكائنات الحية
يكمن في القدرة على إدراك الحمض النووي الريبي الأجنبي ، وتطبيقه في سياق التداخل. بالنسبة للنباتات ، هذا التأثير نظامي. حتى في حالة إدخال طفيف لـ RNA ، يتم كبت جين معين في جميع أنحاء الجسم. بهذا الإجراء ، تنتقل إشارة الحمض النووي الريبي بين الخلايا الأخرى. بوليميريز RNA يشارك في تضخيمه.
بين الكائنات الحية هناك اختلاف في استخدام الجينات الأجنبية في عملية تداخل الحمض النووي الريبي.
في النباتات ، تحدث عملية نقل siRNA من خلال plasmodesmata. يتم ضمان وراثة تأثيرات الحمض النووي الريبي (RNA) عن طريق مثيلة محفزات جينات معينة.
الفرق الرئيسي بين هذه الآلية والنباتات هي مثالية تكامل الحمض النووي الريبي الخاص بها ، والذي يساهم ، جنبًا إلى جنب مع مجمع RISC ، في التدهور الكامل لهذا الجزيء.
وظائف بيولوجية
النظام المعني هو عنصر مهم في الاستجابة المناعية للمواد الغريبة. على سبيل المثال ، تحتوي النباتات على العديد من نظائرها لبروتين Dicer ، والتي تستخدم لمحاربة العديد من الكائنات الحية الفيروسية.
يمكن اعتبار RNA آلية دفاع مضاد للفيروسات مكتسبة من النبات يتم تشغيلها في جميع أنحاء الجسم.
على الرغم من حقيقة أنه يتم التعبير عن كمية أقل بكثير من بروتين Dicer في الخلايا الحيوانية ، يمكننا التحدث عن مشاركة RNA في الاستجابة المضادة للفيروسات.
حاليًا تمت دراسة الاستجابات المناعية التي تحدث في جسم الإنسان والحيوان جزئيًا.
يواصل علماء الأحياء البحث ، ليس فقط في محاولة لإثبات آليات حدوثها ، ولكن أيضًا لإيجاد طرق للتأثير على التفاعلات المناعية. في حالة التفسير الناجح لجميع الفروق الدقيقة لتداخل الحمض النووي الريبي ، سيتمكن العلماء من التحكم في هذه التفاعلات الكيميائية الحيوية وإنشاء آليات للحماية من الأجسام الغريبة.
