إن عملية التضفير أو عملية التضفير RNA هي ظاهرة تحدث في الكائنات حقيقية النواة بعد نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي وتتضمن إزالة الإنترونات من الجين والاحتفاظ بالإكسونات. يعتبر أساسيا في التعبير الجيني.
يحدث من خلال أحداث القضاء على رابطة الفوسفوديستر بين exons و introns والاتحاد اللاحق للرابطة بين exons. يحدث التضفير في جميع أنواع الحمض النووي الريبي ، ولكنه أكثر صلة بجزيء الرنا المرسال. يمكن أن يحدث أيضًا في جزيئات الحمض النووي والبروتين.
المصدر: بواسطة BCSteve ، من ويكيميديا كومنز
قد يكون ذلك عندما يتم تجميع exons ، فإنها تخضع لترتيب أو أي نوع من التغيير. يُعرف هذا الحدث باسم التضفير البديل وله عواقب بيولوجية مهمة.
مما تتكون؟
الجين هو تسلسل DNA مع المعلومات اللازمة للتعبير عن النمط الظاهري. لا يقتصر مفهوم الجين بشكل صارم على تسلسلات الحمض النووي التي يتم التعبير عنها كبروتينات.
تتضمن "العقيدة" المركزية في علم الأحياء عملية نسخ الحمض النووي إلى جزيء وسيط ، وهو رسول RNA. يتم ترجمة هذا بدوره إلى بروتينات بمساعدة الريبوسومات.
ومع ذلك ، في الكائنات حقيقية النواة ، يتم مقاطعة هذه التسلسلات الجينية الطويلة بنوع من التسلسل غير الضروري للجين المعني: الإنترونات. من أجل ترجمة الرنا المرسال بكفاءة ، يجب إزالة هذه الإنترونات.
تضفير الحمض النووي الريبي هو آلية تتضمن تفاعلات كيميائية مختلفة تستخدم لإزالة العناصر التي تعطل تسلسل جين معين. تسمى العناصر المحفوظة exons.
أين يحدث ذلك؟
إن spliceosome عبارة عن مركب بروتيني ضخم يحفز خطوات الربط. يتكون من خمسة أنواع من الحمض النووي الريبي النووي الصغير تسمى U1 و U2 و U4 و U5 و U6 ، بالإضافة إلى سلسلة من البروتينات.
من المتوقع أن تشارك عملية الربط في طي الـ pre-mRNA لمواءمتها بشكل صحيح مع المنطقتين حيث ستحدث عملية الربط.
هذا المجمع قادر على التعرف على تسلسل الإجماع الذي تمتلكه معظم الإنترونات بالقرب من نهايتيها 5 'و 3'. تجدر الإشارة إلى أنه تم العثور على الجينات في Metazoans التي لا تحتوي على هذه التسلسلات وتستخدم مجموعة أخرى من RNAs النووية الصغيرة للتعرف عليها.
أنواع
في الأدبيات ، مصطلح الربط يطبق عادة على العملية التي تتضمن الرنا المرسال. ومع ذلك ، هناك عمليات تضفير مختلفة تحدث في جزيئات حيوية أخرى مهمة.
يمكن أن تخضع البروتينات أيضًا لعملية التضفير ، وفي هذه الحالة يتم إزالة تسلسل الأحماض الأمينية من الجزيء.
الجزء الذي تمت إزالته يسمى "intein". تحدث هذه العملية بشكل طبيعي في الكائنات الحية. تمكنت البيولوجيا الجزيئية من ابتكار تقنيات مختلفة باستخدام هذا المبدأ الذي يتضمن معالجة البروتينات.
وبالمثل ، يحدث التضفير أيضًا على مستوى الحمض النووي. وبالتالي ، فإن جزيئين من الحمض النووي تم فصلهما سابقًا يمكن أن يتم ربطهما عن طريق الروابط التساهمية.
أنواع الربط RNA
من ناحية أخرى ، اعتمادًا على نوع الحمض النووي الريبي ، هناك استراتيجيات كيميائية مختلفة يمكن للجين من خلالها التخلص من الإنترونات. يعتبر تضفير ما قبل الرنا المرسال بشكل خاص عملية معقدة ، لأنها تتضمن سلسلة من الخطوات التي يتم تحفيزها بواسطة جسيم لصق. كيميائيا ، تحدث العملية عن طريق تفاعلات التحويل.
في الخميرة ، على سبيل المثال ، تبدأ العملية بانقسام المنطقة 5 'في موقع التعرف ، وتتشكل "حلقة" intron-exon من خلال رابطة فوسفوديستر 2'-5'. تستمر العملية بتشكيل فجوة في المنطقة 3 وأخيراً يحدث اتحاد الإكسونين.
يمكن تقسيم بعض الإنترونات التي تعطل الجينات النووية والميتوكوندريا دون الحاجة إلى الإنزيمات أو الطاقة ، ولكن من خلال تفاعلات الاسترة. لوحظت هذه الظاهرة في الكائن الحي رباعي الغشاء.
في المقابل ، تنتمي معظم الجينات النووية إلى مجموعة الإنترونات التي تحتاج إلى آلية لتحفيز عملية الإزالة.
الربط البديل
في البشر ، تم الإبلاغ عن وجود حوالي 90.000 بروتين مختلف وكان يُعتقد سابقًا أنه يجب أن يكون هناك عدد مماثل من الجينات.
مع وصول التقنيات الجديدة ومشروع الجينوم البشري ، كان من الممكن أن نستنتج أننا نمتلك حوالي 25000 جين فقط. إذن كيف يمكن أن يكون لدينا الكثير من البروتين؟
قد لا يتم تجميع exons بنفس الترتيب الذي تم نسخها به إلى RNA ، ولكن يمكن ترتيبها من خلال إنشاء مجموعات جديدة. تُعرف هذه الظاهرة باسم الربط البديل. لهذا السبب يمكن للجين المنسوخ أن ينتج أكثر من نوع واحد من البروتين.
أوضح الباحث جيلبرت هذا التناقض بين عدد البروتينات وعدد الجينات في عام 1978 ، تاركًا وراءه المفهوم التقليدي "للجين يوجد بروتين".
المصدر: المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif) ، عبر ويكيميديا كومنز
المميزات
بالنسبة لـ Kelemen et al. (2013) "تتمثل إحدى وظائف هذا الحدث في زيادة تنوع الرنا المرسال ، بالإضافة إلى تنظيم العلاقات بين البروتينات ، وبين البروتينات والأحماض النووية وبين البروتينات والأغشية."
ووفقًا لهؤلاء المؤلفين ، فإن "التضفير البديل مسؤول عن تنظيم موقع البروتينات وخصائصها الأنزيمية وتفاعلها مع الروابط". كما ارتبطت بعمليات تمايز الخلايا وتطور الكائنات الحية.
في ضوء التطور ، يبدو أنه آلية مهمة للتغيير ، حيث تم العثور على نسبة عالية من الكائنات حقيقية النواة الأعلى تعاني من أحداث عالية من التضفير البديل. بالإضافة إلى لعب دور مهم في تمايز الأنواع وفي تطور الجينوم.
التضفير البديل والسرطان
هناك دليل على أن أي خطأ في هذه العمليات يمكن أن يؤدي إلى عمل غير طبيعي للخلية ، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة على الفرد. من بين هذه الأمراض المحتملة ، يبرز السرطان.
لهذا السبب ، تم اقتراح التضفير البديل كعلامة بيولوجية جديدة لهذه الظروف غير الطبيعية في الخلايا. وبالمثل ، إذا كان من الممكن فهم أساس الآلية التي يحدث بها المرض بشكل كامل ، فيمكن اقتراح حلول لها.
المراجع
- بيرج ، جي إم ، سترير ، إل ، وتيموكزكو ، جي إل (2007). الكيمياء الحيوية. أنا عكس.
- De Conti، L.، Baralle، M.، & Buratti، E. (2013). تعريف exon و intron في الربط pre - mRNA. مراجعات وايلي متعددة التخصصات: RNA ، 4 (1) ، 49-60.
- Kelemen، O.، Convertini، P.، Zhang، Z.، Wen، Y.، Shen، M.، Falaleeva، M.، & Stamm، S. (2013). وظيفة الربط البديل. جين ، 514 (1) ، 1-30.
- لاموند ، أ. (1993). التصريحات الحيوية ، 15 (9) ، 595-603.
- روي ، ب ، هاوبت ، إل إم ، وجريفيثس ، إل آر (2013). مراجعة: الربط البديل (AS) للجينات كنهج لتوليد تعقيد البروتين. علم الجينوم الحالي ، 14 (3) ، 182-194.
- فيلا - Perelló ، M. ، & Muir ، TW (2010). التطبيقات البيولوجية لربط البروتين. الخلية ، 143 (2) ، 191-200.
- Liu، J.، Zhang، J.، Huang، B.، & Wang، X. (2015). آلية التضفير البديل وتطبيقاته في تشخيص وعلاج اللوكيميا. المجلة الصينية لطب المختبرات ، 38 (11) ، 730-732.