معلومة

هل يحدث N1-methyl-pseudouridine بشكل طبيعي في أي RNA؟


يحدث Pseudouridine بشكل طبيعي في بعض الحمض النووي الريبي. ولكن ماذا عن البديل الميثيلي منه ، N1-methyl-pseudouridine؟ هذا الأخير هو عنصر رئيسي في كل من لقاحي Pfizer و Moderna Covid-19 ، وربما يرجع ذلك إلى "فعاليته" النسبية في التهرب من الاستمناع إلى mRNA الخارجي نفسه وقدرته على وضع الريبوسومات على ما يبدو في نوع من "زيادة السرعة". (تم تسجيل براءة اختراعه في علاجات mRNA بواسطة Moderna في عام 2012 أو نحو ذلك).

هل يحدث N1-methyl-pseudouridine بشكل طبيعي ، على وجه الخصوص ، هل يحدث في RNA؟


يحدث N1-methyl-pseudouridine بشكل طبيعي في الحمض النووي الريبي لمعظم العتائق. إنه يحل محل الريبوثيميدين الموجود في حلقة TΨC من الحمض النووي الريبي eubacterial و eukaryotic tRNAs.

على الرغم من أن الإنزيم المسؤول عن تحويل اليوريدين إلى بسودوريدين معروف منذ بعض الوقت ، إلا أنه لم يتم الإبلاغ إلا مؤخرًا نسبيًا (2012) عن الجين الخاص بميثيلة السودوريدين في ورقة ، حيث توفر المقدمة خلفية مفيدة لـ الموضوع.

المراجع الأصلية

بانج ، هـ. وآخرون. (1962) جي بيول كيم. 257 3589-3593
جوبتا ، ر. (1964) جي بيول كيم. 259 9461-9471


النسخ العكسي

أ النسخ العكسي (RT) هو إنزيم يستخدم لتوليد الحمض النووي التكميلي (cDNA) من قالب الحمض النووي الريبي ، وهي عملية تسمى النسخ العكسي. يتم استخدام النسخ العكسية من قبل فيروسات معينة مثل فيروس نقص المناعة البشرية والتهاب الكبد B لتكرار جينوماتها ، عن طريق عناصر وراثية متحركة تنتشر داخل جينوم المضيف ، وبواسطة الخلايا حقيقية النواة لتمديد التيلوميرات في نهايات كروموسوماتها الخطية. على عكس الاعتقاد السائد ، لا تنتهك العملية تدفق المعلومات الجينية كما هو موصوف في العقيدة المركزية الكلاسيكية ، حيث أن نقل المعلومات من الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي ممكن بشكل صريح. [2] [3] [4]

يحتوي Retroviral RT على ثلاثة أنشطة كيميائية حيوية متتابعة: نشاط بوليميريز DNA المعتمد على الحمض النووي الريبي ، وريبونوكلياز H (RNase H) ، ونشاط بوليميريز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي. بشكل جماعي ، تمكن هذه الأنشطة الإنزيم من تحويل الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة إلى (كدنا) مزدوج الشريطة. في الفيروسات القهقرية واللينقولات العكسية ، يمكن أن يندمج هذا الحمض النووي (cDNA) في جينوم المضيف ، والذي يمكن من خلاله عمل نسخ جديدة من الحمض النووي الريبي عن طريق نسخ الخلايا المضيفة. يتم استخدام نفس تسلسل التفاعلات على نطاق واسع في المختبر لتحويل الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي لاستخدامه في الاستنساخ الجزيئي أو تسلسل الحمض النووي الريبي أو تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) أو تحليل الجينوم.


محتويات

فيروسات RNA و RNA Sense Edit

يمكن تصنيف فيروسات الحمض النووي الريبي أيضًا وفقًا لمعنى أو قطبية الحمض النووي الريبي الخاص بها إلى فيروسات ذات إحساس سلبي وإيجابي ، أو فيروسات RNA متضاربة. الحمض النووي الريبي الفيروسي موجب الاتجاه يشبه mRNA وبالتالي يمكن ترجمته على الفور بواسطة الخلية المضيفة. الحمض النووي الريبي الفيروسي سالب المعنى مكمل لـ mRNA وبالتالي يجب تحويله إلى RNA موجب المعنى بواسطة RNA المعتمد على RNA polymerase قبل الترجمة. يمكن أن يتسبب الحمض النووي الريبي المنقى لفيروس ذي حس إيجابي في حدوث عدوى بشكل مباشر على الرغم من أنه قد يكون أقل عدوى من جسيم الفيروس بأكمله. على النقيض من ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي المنقى للفيروس ذي الحس السلبي ليس معديًا في حد ذاته لأنه يحتاج إلى نسخه إلى رنا إيجابي المعنى ، كل فيريون يمكن نسخه إلى عدة رنا موجبة الحس. تشبه فيروسات الحمض النووي الريبي Ambisense فيروسات الحمض النووي الريبي ذات المعنى السلبي ، إلا أنها تترجم الجينات من خيوطها السلبية والإيجابية. [7]

تحرير فيروسات RNA مزدوجة الشريطة

تمثل فيروسات RNA مزدوجة الشريطة (ds) مجموعة متنوعة من الفيروسات التي تختلف اختلافًا كبيرًا في نطاق المضيف (البشر ، والحيوانات ، والنباتات ، والفطريات ، [ب] والبكتيريا) ، ورقم قطعة الجينوم (من واحد إلى اثني عشر) ، وتنظيم الفيريون ( رقم التثليث ، طبقات القفيصة ، المسامير ، الأبراج ، إلخ). يشمل أعضاء هذه المجموعة فيروسات الروتا ، وهي السبب الأكثر شيوعًا لالتهاب المعدة والأمعاء عند الأطفال الصغار ، وفيروسات البيكوبيرنا ، وهي الفيروس الأكثر شيوعًا في عينات البراز لكل من البشر والحيوانات مع ظهور علامات الإسهال أو بدونها. يعد فيروس اللسان الأزرق أحد مسببات الأمراض ذات الأهمية الاقتصادية التي تصيب الماشية والأغنام. في السنوات الأخيرة ، تم إحراز تقدم في تحديد هياكل الدقة الذرية وشبه النانومترية لعدد من البروتينات الفيروسية الرئيسية وقفيصة الفيروس للعديد من فيروسات الرنا المزدوج الجديلة ، مما يسلط الضوء على أوجه التشابه المهمة في البنية والعمليات التكاثرية للعديد من هذه الفيروسات. [2] [ الصفحة المطلوبة ]

تعديل معدلات الطفرة

تتمتع فيروسات الرنا عمومًا بمعدلات طفرة عالية جدًا مقارنة بفيروسات الدنا ، [9] لأن بوليميرات الحمض النووي الريبي الفيروسي تفتقر إلى القدرة على التدقيق اللغوي لبوليميرات الحمض النووي. [10] التنوع الجيني لفيروسات الرنا هو أحد أسباب صعوبة صنع لقاحات فعالة ضدها. [11] تمتلك الفيروسات القهقرية أيضًا معدل طفرة مرتفع على الرغم من أن وسيط الحمض النووي الخاص بها يندمج في جينوم المضيف (وبالتالي يخضع لمراجعة الحمض النووي للمضيف بمجرد تكامله) ، لأن الأخطاء أثناء النسخ العكسي يتم تضمينها في كل من خيوط الحمض النووي قبل التكامل. [12] بعض جينات فيروس الرنا مهمة لدورات تكاثر الفيروس ولا يتم التسامح مع الطفرات. على سبيل المثال ، منطقة جينوم فيروس التهاب الكبد الوبائي سي التي تشفر البروتين الأساسي محفوظة بشكل كبير ، [13] لأنها تحتوي على بنية الحمض النووي الريبي المتضمنة في موقع دخول الريبوسوم الداخلي. [14]

يتم تصنيف فيروسات الحمض النووي الريبي الحيوانية بواسطة ICTV. هناك ثلاث مجموعات متميزة من فيروسات الحمض النووي الريبي اعتمادًا على جينومها وطريقة تكرارها:

  • تحتوي فيروسات RNA مزدوجة الشريطة (المجموعة الثالثة) من واحد إلى اثني عشر جزيءًا مختلفًا من جزيئات RNA ، كل منها يشفر بروتينًا فيروسيًا واحدًا أو أكثر.
  • تستخدم فيروسات ssRNA ذات الإحساس الإيجابي (المجموعة الرابعة) جينومها بشكل مباشر كـ mRNA ، حيث يقوم الريبوسوم المضيف بترجمته إلى بروتين واحد يتم تعديله بواسطة البروتينات المضيفة والفيروسية لتشكيل البروتينات المختلفة اللازمة للتكاثر. يتضمن أحدها بوليميريز RNA المعتمد على الحمض النووي الريبي (RNA replicase) ، والذي ينسخ الحمض النووي الريبي الفيروسي لتشكيل شكل تكرار مزدوج تقطعت به السبل. بدوره ، يوجه dsRNA هذا تكوين الحمض النووي الريبي الفيروسي الجديد.
  • يجب أن يتم نسخ جينوم فيروسات ssRNA ذات المعنى السلبي (المجموعة الخامسة) بواسطة نسخة متماثلة من الحمض النووي الريبي (RNA) لتشكيل الحمض النووي الريبي ذي الإحساس الإيجابي. هذا يعني أن الفيروس يجب أن يجلب معه إنزيم RNA المتماثل. ثم يعمل جزيء الحمض النووي الريبي الموجب المعنى كرنا مرنا فيروسي ، والذي يترجم إلى بروتينات بواسطة الريبوسومات المضيفة.

تحتوي الفيروسات القهقرية (المجموعة السادسة) على جينوم الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة ولكن بشكل عام لا تعتبر فيروسات الحمض النووي الريبي لأنها تستخدم وسيطات الحمض النووي للتكاثر. إنزيم النسخ العكسي ، وهو إنزيم فيروسي يأتي من الفيروس نفسه بعد أن يكون غير مغطى ، يحول الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى خيط مكمل من الحمض النووي ، والذي يتم نسخه لإنتاج جزيء مزدوج تقطعت به السبل من الحمض النووي الفيروسي. بعد دمج هذا الحمض النووي في جينوم المضيف باستخدام الإنزيم الفيروسي المتكامل ، قد يؤدي التعبير عن الجينات المشفرة إلى تكوين فيريونات جديدة.

العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي قادرة على إعادة التركيب الجيني عندما يوجد جينومان فيروسيان على الأقل في نفس الخلية المضيفة. [15] يبدو أن إعادة تركيب الحمض النووي الريبي هو القوة الدافعة الرئيسية في تحديد بنية الجينوم ومسار التطور الفيروسي بين Picornaviridae ((+) ssRNA) (مثل فيروس شلل الأطفال). [16] في Retroviridae ((+) ssRNA) (على سبيل المثال ، فيروس نقص المناعة البشرية) ، يبدو أنه يمكن تجنب الضرر في جينوم الحمض النووي الريبي أثناء النسخ العكسي عن طريق تبديل الخيوط ، وهو شكل من أشكال إعادة التركيب. [17] [18] [19] يحدث إعادة التركيب أيضًا في Reoviridae (دسرنا) (مثل ريوفيروس) ، Orthomyxoviridae ((-) ssRNA) (مثل فيروس الأنفلونزا) [19] و Coronaviridae ((+) ssRNA) (مثل SARS). [20] يبدو أن إعادة التركيب في فيروسات الحمض النووي الريبي هو تكيف للتعامل مع تلف الجينوم. [15] يمكن أن تحدث إعادة التركيب بشكل غير متكرر بين فيروسات حيوانية من نفس النوع ولكن من سلالات متباينة. قد تتسبب الفيروسات المؤتلفة الناتجة في بعض الأحيان في تفشي العدوى بين البشر. [20]

تصنيف فيروسات الحمض النووي الريبي صعب. ويرجع ذلك جزئيًا إلى معدلات الطفرات العالية التي تخضع لها هذه الجينومات. يعتمد التصنيف بشكل أساسي على نوع الجينوم (خيط مزدوج أو سلبي أو إيجابي أحادي الخيط) ورقم الجين وتنظيمه. حاليًا ، هناك 5 طلبات وتم التعرف على 47 عائلة من فيروسات الحمض النووي الريبي. هناك أيضًا العديد من الأنواع والأجناس غير المعينة.

ترتبط فيروسات RNA وفيروسات RNA وفيروسات RNA التابعة لها. هذه ليست مصنفة حاليًا على أنها فيروسات RNA ويتم وصفها على صفحاتها الخاصة.

أظهرت دراسة أجريت على عدة آلاف من فيروسات الحمض النووي الريبي وجود ما لا يقل عن خمسة أصناف رئيسية: فيروس ليفي وأقاربه يجمعون مجموعة الفيروسات البيكورناوية العملاقة ومجموعة فيروسات ألفا العملاقة بالإضافة إلى مجموعة الفيروسات المصفرة الفائقة فيروسات الرنا المزدوج الجديلة والفيروسات ذات الجديلة. [21] يبدو أن مجموعة الفيروسات البطيئة قاعدية لجميع فيروسات الحمض النووي الريبي المتبقية. يقع التقسيم الرئيسي التالي بين picornasupragroup والفيروسات المتبقية. يبدو أن فيروسات الرنا المزدوج الجديلة قد تطورت من سلف RNA + خمسة وفيروسات RNA من داخل فيروسات dsRNA. أقرب علاقة لفيروسات RNA التي تقطعت بها السبل هي Reoviridae.

تحرير فيروسات الحمض النووي الريبي الإيجابية

هذه هي أكبر مجموعة من فيروسات الرنا [22] وتضم 30 عائلة. بذلت محاولات لتجميع هذه العائلات في مراتب أعلى. استندت هذه المقترحات إلى تحليل بوليميرات الحمض النووي الريبي ولا تزال قيد الدراسة. حتى الآن ، لم يتم قبول الاقتراحات المقترحة على نطاق واسع بسبب الشكوك حول ملاءمة جين واحد لتحديد تصنيف الكليد.

يعتمد التصنيف المقترح لفيروسات الحمض النووي الريبي الموجبة الشريط على بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي. تم الاعتراف بثلاث مجموعات: [23]

  1. الفيروسات الحيوية والفيروسات comovirus والفيروسات nepovirus والفيروسات العقدية والفيروسات البيكورناوية والفيروسات البكتيرية والفيروسات sobemovirus ومجموعة فرعية من فيروسات luteovirus (فيروس الأصفر الغربي للبنجر وفيروس أوراق البطاطس) - المجموعة الشبيهة بالبيكورنا (Picornavirata).
  2. Carmoviruses ، dianthoviruses ، flaviviruses ، pestiviruses ، statoviruses ، tombusviruses ، عاثيات الحمض النووي الريبي أحادية السلسلة ، فيروس التهاب الكبد C ومجموعة فرعية من الفيروسات الصفراء (فيروس قزم الشعير الأصفر) - المجموعة الشبيهة بالفلافي (Flavivirata).
  3. فيروسات ألفا ، فيروسات كارلافا ، فيروسات ، فيروسات حشائش ، فيروسات بوتكس ، فيروسات روبيف ، فيروسات توبرا ، فيروسات تريكورنا ، فيروسات تيموفيروس ، فيروس بقعة أوراق التفاح الكلوروتيك ، فيروس أصفر البنجر وفيروس التهاب الكبد إي - المجموعة الشبيهة بألفا (روبيفيراتا).

تم اقتراح تقسيم للمجموعة الفائقة الشبيهة بألفا (مثل السندبيس) على أساس مجال جديد يقع بالقرب من الطرف N للبروتينات المشاركة في التكاثر الفيروسي. [24] المجموعتان المقترحتان هما: مجموعة الفيروسات البديلة (فيروسات ألفا ، فيروسات ، فيروس التهاب الكبد إي ، فيروسات هوردي ، فيروسات توبامو ، فيروسات توبرو ، فيروسات تريكورنا وربما فيروسات روبيفيروس) ومجموعة "الفيروسات الطيفية" (فيروس بقعة أوراق التفاح الكلوروتي ، فيروسات كارلاف ، فيروسات بوتكس. و tymoviruses).

يمكن تقسيم المجموعة الفائقة الشبيهة بألفا إلى ثلاث مجموعات: الفيروسات الشبيهة بالروبي ، والتوبامو ، والفيروسات الشبيهة بالتيمو. [25]

حدد العمل الإضافي خمس مجموعات من فيروسات الحمض النووي الريبي الموجبة التي تقطعت بها السبل تحتوي على أربعة ، وثلاثة ، وثلاثة ، وثلاثة ، وترتيب واحد (أوامر) ، على التوالي. [26] هذه الطلبات الأربعة عشر تحتوي على 31 عائلة فيروسية (بما في ذلك 17 عائلة من فيروسات النبات) و 48 جنساً (بما في ذلك 30 جنساً من فيروسات النبات). يقترح هذا التحليل أن فيروسات ألفا والفيروسات المصفرة يمكن فصلها إلى عائلتين - Togaviridae و Flaviridae ، على التوالي - ولكنه يشير إلى أن التخصيصات التصنيفية الأخرى ، مثل فيروسات الحشرات ، وفيروس التهاب الكبد C ، والفيروسات الروبي ، وفيروس التهاب الكبد E ، والفيروسات الشريانية ، قد تكون غير صحيحة. يبدو أن فيروسات كورونا والفيروسات الحلقية هي عائلات متميزة بترتيب مختلف وليست أجناسًا مميزة من نفس العائلة كما هي مصنفة حاليًا. يبدو أن الفيروسات الصفراء تتكون من عائلتين وليس واحدة ، ويبدو أن فيروس بقع أوراق التفاح المصحوب بالكلور ليس فيروس كلوستيروفير ولكنه جنس جديد من Potexviridae.

تطور التحرير

يبدو أن تطور فيروسات البيكورنا بناءً على تحليل بوليميراز RNA الخاص بها وهليكازاتها يعود إلى تباعد حقيقيات النوى. [27] تشمل أسلافهم المفترضة المجموعة البكتيرية الثانية من العناصر الرجعية ، وعائلة البروتياز HtrA وعاثيات الحمض النووي.

ترتبط الفيروسات الجُزئية بأحد أسلاف الفيروسات الكاملة وربما تكون قد تطورت من أسلافها. [28]

يبدو أن فيروسات هيبوفيرس وفيروسات بارنا تشترك في سلالة مع سلالتي فيروس بوتيفيروس وفيروس سوبيموفيروس على التوالي. [28]

تحرير فيروسات RNA مزدوجة الشريطة

يشير هذا التحليل أيضًا إلى أن فيروسات الرنا المزدوج الجديلة لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ولكنها تنتمي بدلاً من ذلك إلى أربع فئات إضافية - Birnaviridae و Cystoviridae و Partitiviridae و Reoviridae - وترتيب إضافي واحد (Totiviridae) لأحد فئات فيروسات ssRNA الإيجابية في نفس الشعبة مثل فيروسات الحمض النووي الريبي إيجابية ستراند.

اقترحت إحدى الدراسات أن هناك نوعين من الفروع الكبيرة: أحدهما يشمل العائلات Caliciviridae, فلافيفيريدي، و Picornaviridae والثانية تشمل العائلات Alphatetraviridae, Birnaviridae, Cystoviridae، Nodaviridae، و Permutotretraviridae. [29]

تحرير فيروسات الحمض النووي الريبي السالبة

تحتوي هذه الفيروسات على أنواع متعددة من الجينوم تتراوح من جزيء RNA واحد إلى ثمانية أجزاء. على الرغم من تنوعها ، يبدو أنها قد نشأت في المفصليات وتنوعت من هناك. [30]

تحرير فيروسات الأقمار الصناعية

عدد من فيروسات الأقمار الصناعية - الفيروسات التي تتطلب مساعدة فيروس آخر لإكمال دورة حياتها - معروفة أيضًا. تصنيفها لم يتم تسويتها بعد. تم اقتراح الأجناس الأربعة التالية للفيروسات الساتلية للحمض النووي الريبي المنفردة ذات المعنى الإيجابي التي تصيب النباتات - الفيروسات البيتوفيروس والفيروسات الزهرية والفيروسات بابانيفيروس وفيتوفيروس. [31] تم اقتراح عائلة - Sarthroviridae والتي تشمل جنس Macronovirus - للإشارة إلى فيروسات ساتل الحمض النووي الريبي المنفردة التي تقطعت بها السبل والتي تصيب المفصليات.

هناك اثنتا عشرة عائلة وعدد من الأجناس والأنواع غير المعترف بها في هذه المجموعة. [10]

  • عائلة Amalgaviridae
  • عائلة Birnaviridae
  • عائلة Chrysoviridae
  • عائلة Cystoviridae
  • عائلة Endornaviridae
  • عائلة Hypoviridae
  • عائلة Megabirnaviridae
  • عائلة Partitiviridae
  • عائلة Picobirnaviridae
  • عائلة Reoviridae - تشمل فيروس الروتا
  • عائلة Totiviridae
  • عائلة Quadriviridae
  • جنس Botybirnavirus
  • الأنواع غير المعينة
    • فيروس Botrytis porri RNA 1
    • فيروس Circulifer tenellus 1
    • الفيروس الخيطي Colletotrichum camelliae الخيطي 1
    • يصفر القرع الفيروس المصاحب
    • فيروس Sclerotinia sclerotiorum المرتبط بالوهن
    • فيروس Spissistilus فيستينوس 1

    هناك ثلاثة أوامر و 34 عائلة معترف بها في هذه المجموعة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عدد من الأنواع والأجناس غير المصنفة.

    • اطلب Nidovirales
      • عائلة Arteriviridae
      • عائلة Coronaviridae - تشمل فيروس كورونا البشري (فيروسات البرد الشائعة HCoV-229E و HCoV-HKU1 و HCoV-NL63 و HCoV-OC43) و MERS-CoV و SARS-CoV-1 و SARS-CoV-2
      • عائلة Mesoniviridae
      • عائلة Roniviridae
      • عائلة Dicistroviridae
      • عائلة Iflaviridae
      • عائلة Marnaviridae
      • Picornaviridae العائلي - يشمل فيروس شلل الأطفال ، فيروس الأنف (فيروس الزكام الشائع) ، فيروس التهاب الكبد الوبائي أ
      • تشمل عائلة Secoviridae الفصيلة الفرعية Comovirinae
      • جنس Bacillariornavirus
      • نوع فيروس عشب البحر يطير
      • عائلة Alphaflexiviridae
      • عائلة Betaflexiviridae
      • عائلة Gammaflexiviridae
      • عائلة Tymoviridae
      • عائلة Alphatetraviridae
      • عائلة الفيرنافيريداي
      • عائلة Astroviridae
      • عائلة Barnaviridae
      • عائلة Benyviridae
      • عائلة Botourmiaviridae
      • عائلة Bromoviridae
      • عائلة Caliciviridae - تشمل فيروس نورووك
      • عائلة Carmotetraviridae
      • عائلة Closteroviridae
      • عائلة Flaviviridae - تشمل فيروس الحمى الصفراء ، فيروس غرب النيل ، فيروس التهاب الكبد C ، فيروس حمى الضنك ، فيروس زيكا
      • عائلة Fusariviridae
      • عائلة Hepeviridae
      • عائلة Hypoviridae
      • عائلة Leviviridae
      • عائلة Luteoviridae - تشمل فيروس قزم الشعير الأصفر
      • عائلة Polycipiviridae
      • عائلة Narnaviridae
      • عائلة Nodaviridae
      • عائلة Permutotetraviridae
      • عائلة Potyviridae
      • عائلة Sarthroviridae
      • عائلة ستاتوفيروس
      • عائلة Togaviridae - تشمل فيروس الروبيلا ، فيروس نهر روس ، فيروس السندبيس ، فيروس الشيكونغونيا
      • عائلة Tombusviridae
      • عائلة Virgaviridae [32]
      • الأجناس غير المعينة
        • جنس Blunervirus
        • جنس سيليفيروس
        • جنس Higrevirus
        • جنس إديوفيروس
        • جنس النقب
        • جنس Ourmiavirus
        • جنس Polemovirus
        • جنس سينايفيروس
        • جنس سوبموفيروس

        كما تم وصف فيروس شبيه بفيروس نجمي / فيروس كبدي غير مصنف. [33]

        باستثناء فيروس التهاب الكبد D ، تم وضع هذه المجموعة من الفيروسات في شعبة واحدة - Negarnaviricota. تم تقسيم هذه الشعبة إلى قسمين subphyla - Haploviricotina و Polyploviricotina. ضمن اللجوء الفرعي Haploviricotina ، هناك أربع فئات معترف بها حاليًا: Chunqiuviricetes و Milneviricetes و Monjiviricetes و Yunchangviricetes. في الشعبة الفرعية Polyploviricotina يتم التعرف على فئتين: Ellioviricetes و Insthoviricetes.

        ستة فصول وسبعة أوامر وأربع وعشرون عائلة معترف بها حاليًا في هذه المجموعة. عدد من الأنواع والأجناس غير المعينة لم يتم تصنيفها بعد. [10]


        فيروس النكاف

        وصف أبقراط النكاف لأول مرة في القرن الخامس قبل الميلاد ، في كتابه الأول عن الأوبئة ، ولكن لم يتم إثبات المسببات الفيروسية حتى ثلاثينيات القرن الماضي ، عندما حقق جونسون وجودباستشر فرضيات كوخ عن طريق نقل المرض من قرود المكاك الريسوسية المصابة تجريبياً (مكاكا مولاتا) ، للأطفال في حيه ، باستخدام مستحضر خالي من البكتيريا ومعقم من أنسجة القرد النكفية المتعثرة [24،25].

        الفيروس أحد أفراد الأسرة الفيروسات المخاطية، هو جسيم مغلف يحتوي على جزيء RNA غير مجزأ سلبي من 15384 نيوكليوتيد. تشمل فيروسات البارامكسوفيروس الأخرى المهمة التي تصيب البشر والماشية فيروس الحصبة ، وفيروس سَلّ الكلاب ، وفيروس نظير الإنفلونزا ، وفيروس مرض نيوكاسل ، والفيروس المخلوي التنفسي ، والفيروس الميتابينومي. يحتوي الجينوم المغلف (الشكل 1) على سبع وحدات نسخ مرتبطة بالترادف ، بالترتيب: nucleo- (N) ، V / P / I (V / phospho- / I البروتينات) ، المصفوفة (M) ، الانصهار (F) ، صغير مسعور (SH) ، هيماجلوتينين نورامينيداز (HN) والبروتينات الكبيرة (L) [26،27]. قالب النسخ والنسخ الفيروسي هو مركب البروتين النووي (RNP) ، والذي يتكون من الحمض النووي الريبي الفيروسي السالب الخيط المغلف ببروتين N. إن بوليميراز RNA المعتمد على RNA ، وهو مركب من البروتينات L و P ، يعمل كنسخة متماثلة لنسخ المعنى السلبي (& # x02212) RNA إلى المعنى الإيجابي (+) RNA وكنسخة لتوليد mRNAs من (& # x02212) RNP عن طريق الدخول في مروج واحد في 3 & # x02032 نهاية الجينوم.

        هيكل MuV virion. (أ) صورة مجهرية إلكترونية رقيقة مقطوعة للإرسال تُظهر جسيم MuV نموذجي جنبًا إلى جنب (ب) تخطيطي للجسيم. الجسيمات المغلفة متعددة الأشكال ، في نطاق حجم 100 & # x02013600 نانومتر. ضمن هذا الهيكل يكمن البروتين النووي الطويل والملفوف كثيف الإلكترون (RNP) ، والذي يحتوي على جينوم MuV. يمكن ملاحظة طفرات صغيرة على سطح الجسيم ، تتوافق مع البروتينات السكرية HN و F. تظهر نفس السمات العامة لجسيم MuV في التخطيطي (B).المغلف (الخطوط الزرقاء) مرصع بالبروتينات السكرية HN (الأرجواني) و F (الأزرق) ويغلف RNP الفيروسي ، المكون من جينوم الحمض النووي الريبي (3 & # x02032 & # x020135 & # x02032) في مركب مع N (أصفر) ، P بروتينات (برتقالية) و L (ذهبية). يتفاعل بروتين M (الأحمر) مع المغلف والبروتينات السكرية و RNP. يتم التعبير عن بروتينات V و I و SH في الخلايا المصابة ، ولكن لا يُعتقد أنها مدمجة في الفيروس. صورة مجهرية مجاملة من CDC / A Harrison و FA Murphy (http://phil.cdc.gov/phil/details.asp)

        في الخلايا المصابة ، يتم نقل البروتينات السكرية HN و F عبر الشبكة الإندوبلازمية ومركب جولجي إلى سطح الخلية. يشترك البروتين M في توطين الـ RNP الفيروسي في مناطق غشاء الخلية المضيفة التي تعبر عن البروتينات السكرية F و HN ، مما يسهل نمو الفيروسات المعدية من الخلايا المصابة [28 ، 29]. يعد البروتين السكري HN مسؤولاً عن ارتباط الفيروس الجديد بالخلايا المجاورة عبر مستقبله ، حمض السياليك ، الموجود بكثرة على سطح معظم الخلايا الحيوانية. يتوسط البروتين السكري HN ، بالتنسيق مع البروتين السكري F ، اندماج فيروس إلى خلية ودمج غشاء من خلية إلى خلية ، مما يسهل انتشار الفيروس. يُعتقد أن بروتين SH يلعب دورًا في تفادي استجابة المضيف المضاد للفيروسات عن طريق منع TNF & # x003b1- مسار موت الخلايا المبرمج [30،31]. هذا البروتين ليس ضروريًا لتكاثر الفيروس ، كما هو موضح في الدراسات مع المؤتلف (r) MuVs المصمم بحيث يفتقر إلى إطار القراءة المفتوح الذي يشفر هذا البروتين [32]. يتم ترميز البروتينات V و I بنفس وحدة النسخ التي تشفر البروتين P [27،33]. مثل بروتين SH ، يشارك البروتين V أيضًا في التهرب من استجابة المضيف المضاد للفيروسات ، حيث يثبط إنتاج IFN والإشارات [34 & # x0201336]. دور البروتين الأول غير معروف.


        رني في الطبيعة

        على الرغم من أن عمل Fire and Mello تضمن الإدخال التجريبي للحمض النووي الريبي المتداخل في الخلايا ، فإن إسكات الجين بواسطة RNAi هو آلية وراثية طبيعية في حقيقيات النوى تحدث بعد النسخ (تخليق mRNA من الحمض النووي). يتم ترميز مقاطع microRNA (miRNA) الخاصة ، والتي يبلغ طول كل منها حوالي 20 نيوكليوتيد ، بواسطة جينومات الكائنات حقيقية النواة. يتم إنتاج كل ميرنا من نسخة سابقة (ما قبل ميرنا). بعد أن يهاجر ما قبل ميرنا من النواة إلى السيتوبلازم ، ينقسم إلى ميرنا ناضج بواسطة إنزيم يعرف باسم DICER. بعد ذلك ، يرتبط جزيء miRNA الناضج بمركب الإسكات الناجم عن الحمض النووي الريبي (RISC) ، والذي يحتوي على بروتينات متعددة ، بما في ذلك إنزيم نوكلياز الريبونيك. يوجه تسلسل نيوكليوتيدات ميرنا مركب البروتين ليرتبط بتسلسل تكميلي من الرنا المرسال. بمجرد الارتباط بـ mRNA ، يقوم مجمع miRNA-RISC بعد ذلك بشق المواقع المستهدفة على جزيء mRNA إنزيميًا ، وبالتالي تثبيط ترجمة الجين إلى بروتين ، مما يؤدي إلى إسكات الجين بشكل فعال.

        يلعب RNAi دورًا مهمًا ليس فقط في تنظيم الجينات ولكن أيضًا في التوسط في الدفاع الخلوي ضد العدوى بفيروسات RNA ، بما في ذلك فيروسات الأنفلونزا وفيروسات rhabdovirus ، وهي مجموعة تحتوي على العامل المسبب لداء الكلب. في الواقع ، طور عدد من النباتات والحيوانات جينات RNAi المضادة للفيروسات والتي تشفر أجزاء قصيرة من جزيئات الحمض النووي الريبي مع تسلسلات مكملة للتسلسلات الفيروسية. يمكّن هذا التكامل الحمض النووي الريبي المتداخل الذي تنتجه الخلية من الارتباط بفيروسات معينة من فيروسات الحمض النووي الريبي وتعطيلها.

        RNAi هو أيضًا آلية فطرية يمكن للخلايا من خلالها قمع نشاط الينقولات ، أو "الجينات القافزة". أنواع معينة من العناصر القابلة للنقل قادرة على إنتاج نسخ متحركة من نفسها ، والتي يتم إدخالها لاحقًا في مناطق مختلفة من الجينوم ، مما يؤدي إلى ظهور تسلسلات متكررة من الحمض النووي. عادة ما تكون هذه الإدخالات ذات أهمية قليلة. ومع ذلك ، فإن بعض عمليات الإدخال تؤدي إلى زيادة أو انخفاض نشاط الجينات ويمكن أن تؤدي إلى المرض لدى البشر. على سبيل المثال ، ترتبط أنواع معينة من السرطان والحثل العضلي الدوشيني ، وهو اضطراب وراثي يهدر العضلات ، بإدخال الينقولات.


        دراسات على HIV-1 Polymerase ومثبطاته

        ساتيا ب.جوبتا ، كريشنان بالاسوبرامانيان ، في البوليمرات الفيروسية ، 2019

        6.3 دور وآلية عمل HIV-1 RT

        لدى HIV-RT نشاطان إنزيميان ، بوليميريز DNA يمكنه نسخ إما قالب DNA أو RNA ، و RNH الذي يشق RNA فقط إذا كان RNA جزءًا من RNA / DNA مزدوج. وهكذا يتعاون البوليميراز و RNH لتحويل الحمض النووي الريبي الموجود بالفعل في فيروسات HIV-1 إلى dsDNA الخطي. يحدث هذا التحويل في سيتوبلازم الخلية المصابة. بعد تكوين dsDNA الخطي هذا ، يتم نقله إلى النواة حيث يتم إدخاله في جينوم المضيف بواسطة إنزيم يسمى Integrase. تسمى نسخة الحمض النووي هذه المُدخلة طليعي الفيروسات. يعتبر دمج هذا الفيروس في جينوم الخلية البشرية دائمًا. قد يظل الفيروس الأولي غير نشط نسبيًا (كامنًا) أو يُظهر مستوى عالٍ من التعبير الجيني مع الإنتاج النشط للفيروس. هذا الفيروس هو مصدر كل من الجينوم الفيروسي والفيروسي mRNAs ، والتي يتم إنشاؤها بواسطة بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي المضيف. وبالتالي ، يلعب HIV RT دورًا رئيسيًا في تكاثر الفيروس ويتطلب تنسيق كل من أنشطة البوليميراز و RNH. بينما ينسخ البوليميراز جينوم الحمض النووي الريبي الفيروسي ، فإن موقع RNH يحط من أجزاء الحمض النووي الريبي المنسوخة مؤخرًا لتحرير خيط الحمض النووي الناشئ بحيث يمكن أن يعمل كقالب لتخليق الحمض النووي الزائد وتسهيل نقل القوالب (Li et al. ، 2016).

        أشارت الدراسات الهيكلية والكيميائية الحيوية إلى التنسيق المكاني والزماني لأنشطة البوليميراز و RNase (Gopalakrishnan et al. ، 1992). يتم تحديد موضع انشقاق RNH من خلال التفاعلات بين الحمض النووي ومجال البوليميراز. يحدث انشقاق RNH بالتزامن مع بلمرة الحمض النووي ، على الرغم من أنه أقل تكرارًا من دمج النيوكليوتيدات. في الواقع ، يحدث قطع واحد تقريبًا من RNH لسبعة نيوكليوتيدات مضافة إلى سلسلة الحمض النووي المتنامية (Kati et al. ، 1992 DeStefano et al. ، 1991). ومع ذلك ، يحدث انشقاق RNH بشكل أكثر كفاءة عندما تتوقف البلمرة مؤقتًا (Driscoll et al. ، 2001 Purohit et al. ، 2005 ، 2007) ، مما يثبت أن الركيزة تحتاج إلى التحرر من موقع البوليميراز النشط حتى تحدث قطع RNH. بعد الانتهاء من البلمرة ، تتم إزالة شظايا الحمض النووي الريبي الأطول التي تظل مرتبطة بالحمض النووي بواسطة الانقسام الداخلي الموجه من طرف RNA 5ʹ والمستقل عن البلمرة (Schultz et al. ، 2004 Wisniewski et al. ، 2000a ، b). يُظهر مجال RNH المعزول نشاطًا ضئيلًا لأنه لا يمكنه ربط الركيزة بمفردها (Hostomsky et al. ، 1991 Smith et al. ، 1994). علاوة على ذلك ، يعتمد نشاط RNH بشكل صارم على السياق الهيكلي للإنزيم بأكمله. بالنسبة لـ HIV-1 RT ، التغييرات التوافقية في RNA/يستخدم هجين الحمض النووي لتقييد كمية نشاط RNH (Figiel et al. ، 2017).

        لا تحتوي مثبطات النسخ العكسي للنيوكليوزيد (NRTIs) على 3ʹ-OH وتعمل كمنهي سلسلة عند دمجها في الحمض النووي الفيروسي بواسطة RT. في حالة وجود dNTPs كافية ، يؤدي فاصل السلسلة في DNA إلى تكوين "مجمع نهاية مسدود" مستقر ، أي تم دمج NRTI ، وتم نقل نهاية التمهيدي ، وربط dNTP في مستقر مغلق مركب. تتطلب هذه الظاهرة اثنين من أيونات معدنية ثنائية التكافؤ ، والتي عادة ما تكون في الجسم الحي Mg 2+. تنسق هذه الأيونات المعدنية مع مجموعات الفوسفات الثلاث لـ dNTP والسلاسل الجانبية لثلاث مخلفات محفزة (Asp110 و Asp185 و Asp186). يسهل هذا التنسيق المعدني هجوم 3ʹ-OH على dNTP الوارد (الشكل 6.2).

        إنزيم RNH له أهميته الخاصة في النسخ العكسي. وهي مسؤولة عن تدهور جزء الحمض النووي الريبي من ركيزة الحمض النووي الريبي / الحمض النووي المتكون أثناء التخليق ناقص حبلا وكذلك لإزالة فتيلة نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) (فورفين وريردون ، 1991 بولن وآخرون ، 1992) و المسالك البوليبورين (Huber and Richardson ، 1990). وبالتالي ، إذا أمكن جعل RNH غير نشط ، فسيصبح الفيروس غير معدي. مثل النيوكليازات الأخرى المرتبطة بالبوليميراز ، يعمل RNH أيضًا في وجود أيوني معدني وقد وجد أن النشاط RNH الأمثل يتم الحصول عليه في وجود 1 Mg 2+ ion و 1 Mn 2+ ion (Klumpp et al. ، 2003 ) ، ولكن في الجسم الحي يمكن أن تكون كل من أيونات المعادن Mg 2+. وقد لوحظ أن خصوصية RNH لركيزة RNA / DNA تعتمد على عرض الأخدود الصغير (Fedoroff et al. ، 1993). في معظم الفيروسات القهقرية ، وجد أن RNH يزيل الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الأولي عن طريق التشقق عند تقاطع الحمض النووي الريبي وجينوم الحمض النووي.


        تقنية الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية (مع رسم بياني)

        في الحالات التي يتم فيها تحديد الجين وتعيين نمط ظاهري معين ، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى مناهج إضافية للتحقيق الدقيق في وظيفة الجين.

        يمكن التغلب على مثل هذه العقبات في تحديد الجينات والتلاعب بها عن طريق تقنية RNA المضادة للتحسس.

        تحتوي العديد من المواقع الجينومية على وحدات نسخ على كلا السلاسل ، لذلك يمكن أن تتداخل نسختان موجهتان بشكل معاكس. بينما يرمز أحد الخيطين للبروتين ، فإن النص من الخيط الآخر غير مشفر. يمكن لمثل هذه النصوص الطبيعية المضادة للتعبير (NATs) أن تنظم بشكل سلبي نص المعنى المترافق.

        تنتشر NATs بشكل كبير في مجموعة واسعة من الأنواع - على سبيل المثال ، تحتوي حوالي 15٪ من جينات ترميز البروتين البشري على NAT مرتبط بها. يمكن تقسيم NAT إلى cis-NATs ، والتي يتم نسخها من خيوط DNA المتعارضة في نفس الموقع الجيني. يتم نسخ عبر NATs من مواضع منفصلة. تعرض أزواج cis-NAT تكامل التسلسل المثالي ، في حين تعرض أزواج trans- NAT تكاملًا غير كامل ويمكن أن تستهدف العديد من الأهداف الحسية لتشكيل شبكة تنظيم معقدة.

        يستغل أحد الأساليب البارعة والواعدة خصوصية تفاعلات التهجين بين سلسلتين من سلاسل الأحماض النووية التكميلية. عادةً ، يتم نسخ واحد فقط من خيطي DNA في جزء معين من الحلزون المزدوج إلى RNA وهو دائمًا نفس الشريط لجين معين.

        إذا تم هندسة الجين المستنسخ بحيث يتم نسخ خيط الحمض النووي المعاكس بدلاً من ذلك ، فسوف ينتج عنه جزيئات الحمض النووي الريبي المضادة للتردد والتي لها تسلسل مكمل لنصوص الحمض النووي الريبي العادية. إن الحمض النووي الريبي المضاد ، عند تصنيعه بكميات كبيرة بما يكفي ، غالبًا ما يتم تهجينه مع & # 8220sense & # 8221 RNA الذي تصنعه الجينات الطبيعية ، وبالتالي يمنع تخليق البروتين المقابل (الشكل 141).

        تتمثل إحدى الطرق ذات الصلة في تصنيع جزيئات حمض نووي قصيرة مضادة للترتيب بوسائل كيميائية أو أنزيمية ثم حقنها (أو توصيلها بطريقة أخرى) في الخلايا ، مما يؤدي مرة أخرى إلى منع إنتاج البروتين المقابل (وإن كان مؤقتًا فقط).

        تم تنفيذ الجهد الأول الذي أظهر بالتأكيد الانسداد في الترجمة بسبب استخدام الحمض النووي الريبي المضاد في المستخلصات الخالية من الخلايا (CFEs) بواسطة Singer et al. (1963) أظهروا أن تخليق البوليفينيل ألانين في CFE مع حمض البولي يوريديليك كقالب قد تم تثبيطه تمامًا عند إضافة حمض بولي أدينيليك إلى خليط الترجمة. تصف هذه الكتابة بإيجاز الجوانب الأساسية والتطبيقية لتقنية الحمض النووي الريبي المضاد للتردد ، لا سيما في أنظمة المصنع.

        تنظيم RNA الطبيعي للتعبير الجيني:

        كان الحمض النووي الريبي المضاد للاندماج طبيعيًا متورطًا في تنظيم الجينات وقد تم إثبات ذلك أثناء دراسة تكاثر E. coli ColE1 plasmid. يتضمن تكاثر الإشريكية القولونية البلازميد ColE1 تكوين مادة أولية من الحمض النووي الريبي تتم معالجتها بواسطة RNase-H أثناء ربطها بقالب الحمض النووي. يربط الحمض النووي الريبي المضاد المعنى التمهيدي الذي يثبط معالجة التمهيدي RNA وتكرار البلازميد ، وبالتالي يمكن تنظيم رقم نسخة البلازميد (Tomizawa et al. 1981). وبالمثل ، يبدو أن تكرار المكورات العنقودية الذهبية (pT 181) وعدد النسخ يتحكم فيهما الحمض النووي الريبي المضاد (Kumar and Novick ، ​​1985). يتم منع ترجمة E. coli Tn10 transposase mRNA بواسطة mRNA المضاد للتحسس.

        تحدث آلية إضافية للتحكم في الترجمة ، تسمى التحكم المضاد للحساسية ، في الخلايا البكتيرية. يتم التوسط في هذا النوع من التنظيم بواسطة الحمض النووي الريبي المضاد المعنى ، والذي يحتوي على متواليات مكملة لمنطقة مرنا تحتوي على كودون بدء. يعمل تهجين الحمض النووي الريبي التكميلي المضاد للتأثير على منع التعرف على كودون البدء وربط الوحدة الفرعية الريبوزومية 30S بتسلسل Shine-Dalgarno (تعرض مواقع ربط الريبوسوم الخاصة بـ mRNAs البكتيرية المختلفة ضمن 10 قواعد أعلى من AUG تسلسل يتوافق مع جزء أو كل يُعرف امتداد البولي بورين هذا باسم تسلسل Shine-Dalgarno) ، مما يمنع بدء الترجمة.

        يتم تنظيم التعبير عن الترانسبوزيز المشفر بواسطة تسلسل الإدراج البكتيري IS 10 بواسطة آلية التحكم في الترجمة المضادة للحساسية. يحفز Transposase نقل عنصر الحمض النووي المتحرك هذا. إذا تم التعبير عن الكثير من الترانسبوزيز ، فسينتج الكثير من الطفرات من IS 10. تبديل الخلية المضيفة لن تنجو.

        عادة ، لا يحدث هذا بسبب التحكم المضاد للحساسية. يحتوي IS 10 على اثنين من المروجين: أحدهما يسمى P.في يوجه نسخ ترميز الجدائل لـ transposase الآخر المسمى P.خارج يقع داخل جين transposase ويوجه نسخ الخيط غير المشفر ، مما ينتج عنه الحمض النووي الريبي المضاد للترميز مكمل للنهاية 5 & # 8242 من transposase mRNA (الشكل 14-2). أصبح Pخارج هو محفز أقوى بكثير من Pفي، يتم إنتاج مرنا مضاد المعنى بكثرة أكبر من ترانسبوزيز مرنا. تهجين الحمض النووي الريبي المضاد للمعنى لمعظم مرنا الناقلة الأكثر ندرة يمنع الترجمة ، مما يضمن أن معدل تخليق الترانسبوزيز ، وبالتالي تواتر التحويل ، متوافقان مع بقاء الخلايا المضيفة.

        أظهر التحليل التفصيلي للتحكم المضاد للدلالة في البكتيريا أن الهياكل الثانوية للحمض النووي الريبي التكميلي تؤثر بشكل كبير على معدل تهجينها ، وبالتالي على كفاءة التحكم المضاد. نسخ RNAs من P.خارج و صفي تم تحسين IS 10 عن طريق الانتقاء الطبيعي للتهجين بمعدلات عالية للغاية عند درجة الحرارة الفسيولوجية وتركيزات الملح ، لذلك يتم منع تعبير transposase بشكل فعال للغاية.

        إلى جانب بدائيات النوى ، يشارك الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية في حقيقيات النوى في تضفير hnRNA لأنه يتضمن بروتينات ريبونوكليوبروتينات نووية صغيرة تحتوي على مكون RNA مكمل لموقع لصق (Ragers and Wall ، 1980). تم الإبلاغ أيضًا عن أن الحمض النووي الريبي النووي الصغير المضاد المعنى والذي تم ترميزه بواسطة الإنترونات يلعب دورًا في مثيلة الرنا الريباسي (Nicoloso et al.1996).

        من المعروف أن الحمض النووي الريبي الذي يحدث بشكل طبيعي ينظم التعبير الجيني في النباتات أيضًا. وتشمل هذه نسخ الحمض النووي الريبي المضاد للترس إلى الشعير K-amylase mRNA (روجرز ، 1988) ، و mRNA المضاد للترميز المكمّل لتشفير الجينات niv لإنزيم مسار الفلافونويد ، chalcone synthase (CHS) (Coen and Carpenter ، 1988). حدد روجرز نسختين من نصوص مضادات المعنى في الشعير ، وكلاهما كان مكملًا بشكل ناقص لجين K-amylase بينما في حالة الجين niv ، نشأت النسخ المضادة للمعنى بسبب التكرار المقلوب لتسلسلات القائد غير المترجمة.

        لذلك تم اقتراح آلية مؤقتة لتوليد نصوص مضادة للمعنى. ينشأ الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية عندما يستمر نسخ الجين في الشريط المقابل للقالب في غياب موقع إنهاء نسخ قوي في المنطقة القصيرة بين الجينات. كما تم التعرف على نسخ مضادات المعنى في براسيكا لجين كيناز مستقبلات الموضع S الذي يتحكم في عدم التوافق الذاتي في براسيكا (كوك وآخرون 1997).

        يتضمن تنظيم الحمض النووي الريبي المضاد المعنى آليات أساسية معينة ، على أساسها تم تصنيفها إلى ثلاث فئات (Takamaya and Inouye ، 1990):

        تعتبر الرنا من الفئة الأولى & # 8211 مكملة مباشرة لمنطقة الترميز أو تسلسل SD ، مما يؤدي إلى تثبيط مباشر للترجمة أو زعزعة استقرار الرنا المرسال.

        تشمل الفئة II & # 8211 RNAs تلك التي ترتبط بالمناطق غير المشفرة من الحمض النووي الريبي المستهدف ، مما يؤدي إلى تأثيرات غير مباشرة تنتج عن ، على سبيل المثال تشكيل هيكل ثانوي بديل يعزل موقع ارتباط الريبوسوم.

        تنظم RNAs من الفئة III & # 8211 antisense نسخ mRNA الهدف من خلال آلية مشابهة لتوهين النسخ.

        تنظيم RNA الاصطناعي المضاد للحساسية للتعبير الجيني:

        تم استخدام الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية أيضًا لتعديل التعبير الجيني بشكل مصطنع في النباتات والحيوانات. مثال على استخدام النظام الثنائي لإدخال الجينات الوظيفية في النباتات يأتي من التجارب باستخدام الحمض النووي الريبي المضاد للتحسس للتحكم في التعبير الجيني للنبات. Polygalacturonase (PG) هو إنزيم يذوب جدران الخلايا النباتية عن طريق هضم البكتين. يمكن أن يؤدي الحد من التعبير عن polygalacturonase إلى إصابة الفاكهة بكدمات بسهولة أقل.

        تم إدخال جزء من الطرف 5 & # 8242 من جين PG في الاتجاه العكسي ، مع المروج من فيروس فسيفساء القرنبيط (CaMV) ، في ناقل ثنائي. تم نقل هذا الناقل إلى Agrobacterium ومن ثم إلى نباتات الطماطم. الفاكهة الناضجة من النباتات المحولة التي تعبر عن التركيب المضاد للدلالة قد قللت بشكل كبير من مستويات نشاط إنزيم PG.

        من المخيب للآمال أن هذه الثمار كانت طرية مثل الطماطم البرية ، ربما لأن نشاط PG هو مجرد واحد من عدة عوامل تساهم في تليين الفاكهة. عامل آخر هو الإيثيلين ، وقد تم الآن التثبيط الناجح لنضج الطماطم من خلال التعبير عن الحمض النووي الريبي المضاد للاندماج لإنزيم في المسار الأيضي للإيثيلين.

        يمكن للمزارع شحن هذه الطماطم دون كدمات ثم استخدام الإيثيلين لإنضاجها. لتحديد المتطلبات المثلى لتنظيم فعال للحمض النووي الريبي المضاد للدلالة ، تم استهداف أطوال مختلفة وكذلك مناطق من الجين المعنى 2-galactosidase (Pestka وآخرون ، 1998)

        أدت هذه التجارب إلى بعض الاستنتاجات العامة:

        1. يجب أن يكون الحمض النووي الريبي المضاد المعنى مكملًا للنهاية 5 & # 8242 لاستشعار الرنا المرسال وموقع ربط الريبوسوم الوظيفي على الطرف 5 & # 8242 (كولمان وآخرون 1984).

        2. توجد علاقة ارتباط معنوية بين تركيز الرنا المضاد للدلالة و mRNA المعنى. لإنتاج الحد الأقصى من التثبيط ، تختلف النسب المولية بين الحمض النووي الريبي المضاد للاندماج والحس mRNA من 50: 1 إلى 600: 1. كانت 150: 1 في حالة تثبيط تخليق 2-galactosidase. على الرغم من وجود أمثلة حيث يتم إنتاج تثبيط كبير بنسبة مولارية 1: 1 بين RNA بالمعنى و RNA المضاد للحساسية ، إلا أن هناك منافسة بين RNA الريبوسوم و antisense للارتباط بموقع ربط الريبوسوم للحس mRNA. ومن ثم فإن العوامل التي تسهم في زيادة تركيز الحمض النووي الريبي المضاد للتأثير تساعد في إنتاج تثبيط أقوى (ميلتون ، 1985).

        3. العوامل التي تزيد من معدل تخليق الحمض النووي الريبي المضاد وكذلك تزيد من عمر النصف تساهم في فعالية الحمض النووي الريبي المضاد. وبالتالي يجب أن يكون محفز الجين المضاد للدلالة واحدًا قويًا أو يجب أن يكون الجين المضاد للحساسية موجودًا في بلازميد ذو عدد نسخ مرتفع لتركيز عالٍ من الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية. يؤثر طول الحمض النووي الريبي المضاد للمعنى وتكوينه على استقرار الحمض النووي الريبي ومن ثم فعاليته (ماتسوياما وميزوسليما ، 1985).

        طريقة عمل الحمض النووي الريبي المضاد المعنى:

        لا تشير دراسة التنظيم الطبيعي لمضادات المعنى وكذلك التثبيط الاصطناعي لمضادات التعرق إلى وجود أي آلية واحدة لتنشيط الجينات. تم اقتراح العديد من طرق العمل من خلال الأدلة المتراكمة.المرحلة الأولى التي يمكن فيها تثبيط الجين المستهدف هي النسخ ولكن حتى الآن لم يتم الكشف عن أي دليل يدعم تثبيط النسخ حيث أن معدل نسخ كل من الجينات الحسية ومضادات المعنى لا يتأثر بالتعبير عن الجين المضاد (Sheehy et آل. 1988).

        المرحلة الثانية حيث يمكن أن يتداخل النص المضاد للتعبير هي مرحلة معالجة الحمض النووي الريبي ، وقد أظهرها Tieman et al. (1992) أنه عندما تم وضع الإنترونات في جين ميثيل استريز البكتين في اتجاه مضاد للحساسية ، لم يتم تقسيمهما. يعد تكوين مزدوج بين النسخ المضادة المعنى ونسخة المعنى عاملاً يساهم في التثبيط ، وقد تم الافتراض أن RNA-RNA مزدوج الاتجاه غير مستقر وعرضة للنيوكليزات ولكن لم يتم العثور على دليل مباشر على تكوين الازدواج ربما بسبب تدهور الازدواج (بوركي وفلوك ، 1992).

        لذلك ، فإن تشكيل مثل هذا الاتجاه المزدوج سيعوق معالجة أو نقل حاسة mRNA عبر الغشاء النووي أو قد يؤدي إلى تدهور مزدوج الاتجاه المضاد للمعنى بواسطة نوكليازات مما يجعل نص المعنى غير متاح للترجمة (Bonque and Folk ، 1992).

        قد يحدث التثبيط أيضًا في المرحلة الانتقالية. سيتنافس نص مضاد المعنى مع الريبوسومات لربط 5 & # 8242 بنهاية RNA بالمعنى ، وبالتالي تثبيط الترجمة. وقد لوحظ من قبل Pestka وآخرون. (1984) ، أنه إذا لم يكن الحمض النووي الريبي المضاد المعنى مكملًا للنهاية 5 & # 8242 من الرنا المرسال ، فسيتم تقليل مدى التثبيط بشكل كبير من خلال مستوى أقل ولكن مهم من التثبيط ، وهذا يدل على أن تكوين RNA-mRNA المزدوج المضاد للتحسس يحدث ولكن الريبوسوم الذي يربط الطرف 5 & # 8242 قادر على تجريد الحمض النووي الريبي المضاد المعنى. وهكذا بمجرد أن يرتبط الريبوسوم بـ mRNA ، يتم تقليل تكوين RNA المزدوج للـ RNA-antisense بشكل كبير وكذلك التثبيط (Pestka et al. 1984).

        العوامل المؤثرة على تنظيم RNA المضاد للتعبير الجيني:

        أثناء عمل بنيات مضادة للدلالة لتنظيم التعبير عن جين معين على وجه التحديد ، يجب أخذ بعض العوامل في الاعتبار. يعد وجود نسخة مضادات المعنى التي تزيد كثيرًا عن الرنا المرسال المستهدف شرطًا أساسيًا للتثبيط الفعال ، وبالتالي فإن اختيار المروج مهم. محفز فيروس موزاييك القرنبيط (CaMV) 35S RNA هو أحد المكونات الأساسية وهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

        تشمل المحفزات الأخرى الشائعة الاستخدام محفز سينسيز nopaline ، ومروج جينات بروتين ربط الكلوروفيل a / b ، ومحفز جيني CHS. يمكن استخدام المحفزات والمتطابقة لكل من التركيبات الحسية والمضادة للمعنى ولكن عادة ما تكون هناك حاجة إلى وجود فائض من النسخ المضادة للمعنى ، وبالتالي يتم استنساخ الجين المضاد للحساسية جنبًا إلى جنب مع المروجين التأسيسي (روبرت وآخرون 1989). استخدم بعض العمال محفزات خاصة بالأنسجة لتنظيم مضاد للحساسية لوظيفة معينة في نسيج معين.

        نظرًا لأن تشكيل نسخ مزدوجة من المعنى ومضاد المعنى هو الخطوة الحاسمة للتثبيط ، فإن درجة التنادد والتماثل في مناطق معينة مهمة. على الرغم من السماح ببعض عدم التجانس ، على سبيل المثال يمكن للجين المضاد لتحسس النشا من الكسافا أن يثبط سينثاز النشا في البطاطس (Salehuzzaman et al. 1993) ، تم الإبلاغ عن أوكسيديز التفاح ACC المضاد للحساسية لمنع إنتاج الإيثيلين في الطماطم (Bolitho et al. 1997) ، ولكن لوحظ انخفاض تثبيط في الحالات التي تكون فيها الدرجة. من التنادد منخفض.

        نباتات التبغ المعدلة وراثيًا التي تحمل جينًا مضادًا للحساسية للطماطم ACC أوكسيديز أظهرت تثبيطًا متغيرًا في أجزاء مختلفة وحالات فسيولوجية ، وقد يكون هذا بسبب درجات متفاوتة من التماثل أو التقلبات في الأنسجة المختلفة (Einset ، 1996).

        قليل النوكليوتيدات المضادة للحساسية:

        يمكن تحقيق التثبيط العابر لتعبير جيني معين باستخدام أليغنوكليوتيدات مضادة للحساسية ، وهي جزيئات DNA قصيرة (14-18 قاعدة) مكملة لتسلسل الزعيم 5 & # 8242 أو نهاية الرنا المرسال 3 & # 8242. في الحالات التي يكون فيها قليل النوكليوتيد مكملًا لتسلسل الترميز ، يمكن ترجمة الجزء 5 & # 8242 لتوليد بولي ببتيد مبتور.

        يؤدي ارتباط أليغنوكليوتيد أليغنوكليوتيد مضاد المعنى والمرنا المستهدف إلى تكوين مزدوج الحمض النووي الريبي النووي غير المستقر والذي يتعرف عليه RNase- H الذي يحط بشكل انتقائي حبلا RNA في DNA-RNA مزدوج الاتجاه ، وبالتالي يمنع الترجمة. في حالة انسداد نشاط RNase-H ، فإن قليل النوكليوتيد الموجه إلى مواقع الغطاء يمكنه فقط تثبيط الترجمة لأنه يثبط ارتباط الوحدة الفرعية 40S من الريبوسوم (Walder and Walder ، 1988).

        توجد فئة أخرى من oligonucleotides تسمى حاصرات الكود أو oligonucleotides التي تشكل ثلاثي النواة (Riordam and Martin ، 1991) ، وهذه ترتبط في الأخدود الرئيسي لتسلسل هدف الحمض النووي ، وبالتالي تمنع النسخ. يمكنها إما أن تمنع ارتباط عوامل النسخ عن طريق ربط المنبع بمنطقة التشفير أو يمكن أن تمنع حركة بوليميريز الحمض النووي الريبي. يتطلب التكوين الثلاثي أن يحتوي الموقع المستهدف على متواليات homopurine أو homopyrimidine وربط حبلا ثالث عن طريق اقتران قاعدة hoogsten ، إلا أن الإستراتيجية الثلاثية فعالة للغاية ، خاصة في حالة النسخ النشط للجينات ، إلا أن لها عيوبها مثل متطلبات homopurine / homopyrimidine الهدف التسلسل وكذلك مشكلة عدم الاستقرار الثلاثي في ​​ظل الظروف الفسيولوجية (ماهر وآخرون ، 1989).

        تعتمد فعالية قليل النوكليوتيدات على عدة عوامل مثل موضع الموقع المستهدف الذي يتم توجيهها ضده ، وطول قليل النوكليوتيد ، وكذلك وجود أو عدم وجود بنية ثانوية في موقع الربط. يعد استقرار قليل النوكليوتيد ضروريًا جدًا للتثبيط الفعال ، وبالتالي ، في حالة قليل النوكليوتيدات غير المعدلة ، كان ضعف الامتصاص وتدهور النيوكلياز من العوامل المحددة.

        لذلك ، تم تطوير أنواع مختلفة من التعديلات التي تجعل مقاومة قليل النوكليوتيد للنوكليازات. التعديلات هي إما العمود الفقري للفوسفات (على سبيل المثال ، ميثيل فوسفونات ، فوسفوروثيوات ، وفسفوروسيلونات) (شتاين وكوهين ، 1988). أو يمكن تعديل نهايات القلة (K-oligo decarboxynucleotide).

        يمكن أن تقترن الأوليغومرات بعوامل الإقحام والعوامل المعدنية التفاعلية مثل EDTA-Fe ، الفينانثرولين-النحاس ، إلخ. كما تم فحص البوليمرات الاصطناعية مثل PAMAM den-drimers لتعمل كنظام توصيل لتعديل الجينات المستهدفة. صُممت أليغنوكليوتيدات ميثيل فوسفونيت الجديدة التي تحتوي على جزء رابط داخلي غير نيوكليوتيد بسبب أن القاعدة التكميلية غير المزدوجة للحمض النووي الريبي تصبح حساسة للانقسام ، ومن ثم يكون الانقسام الخاص بالموقع من الحمض النووي الريبي المستهدف ممكنًا (رينولدز وآخرون ، 1996).

        تطبيقات تقنية الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية:

        تم تطبيق استراتيجيات مضادات المعنى على أنظمة النباتات وكذلك الأنظمة الحيوانية ليس فقط لإنتاج طفرات جديدة ولكن أيضًا لدراسة الخطوات المتضمنة في مسارات أيضية معينة ، وتحديد وظيفة الجينات ، وتطوير النبات ، وتحسين المحاصيل واستخدامات جديدة أخرى.

        يوفر الحمض النووي الريبي المضاد للدلالة بداية في دراسة تنظيم الجينات الفيروسية ، حيث يمكن اعتبار التثبيط المضاد للدلالة طفرة متسربة يمكن أن تكون مفيدة في دراسة الجينات ، والطفرات التي تكون قاتلة وتثبيطها الجزئي يؤدي أيضًا إلى تغيير كبير في النمط الظاهري.

        تم استخدام هذا التثبيط الجزئي لإنشاء عوز طافر للتبغ في اختزال NADH-hydroxypyruvate لدراسة دور التنفس الضوئي في الحماية من الإجهاد (Oliver et al. 1993). إلى جانب الكشف عن وظائف الجينات الحيوية ، تم استخدام تثبيط الحمض النووي الريبي المضاد للاندماج لمراقبة الخطوات المختلفة في المسارات الأيضية. ماجو وآخرون. (1994) عدل نشاط الأنهيدراز الكربوني الذي لم يكن له تأثير كبير على ثاني أكسيد الكربون2 الاستيعاب ولكنه أدى إلى ظهور تأثير الانخفاض في نشاط الأنهيدراز الكربوني على التوصيل الثغري والقابلية للإجهاد المائي.

        أدت طفرات التبغ المضادة للدلالة مع انخفاض حاد في محتوى Rubisco إلى انخفاض معدل التمثيل الضوئي ، ومع ذلك ، كان تطور الأوراق طبيعيًا ومستقلًا عن محتوى Rubisco على الرغم من تأخر تطوير الأوراق (Jiang and Rodermel 1995). الهدف الكيميائي الحيوي لمبيدات الأعشاب المختلفة هو أسيتولاكتات سينثيز ، وقد تم تأكيد ذلك من خلال تربية نباتات البطاطس المعدلة وراثيًا التي تعبر عن سينثيز أسيتولاكتات المضاد للحساسية والتي كانت غير قابلة للتفاعل بدون مكملات الأحماض الأمينية ، وبالتالي تم طرح نموذج في الجسم الحي لعمل مبيدات الأعشاب (Hofgen et al. 1995).

        وبالمثل ، تمت دراسة تأثير الإيثيلين على تشكل النبتة من خلال إنتاج نباتات الخردل المعدلة وراثيًا والتي تعبر عن جين أوكسيديز حمض الكربوكسيل 1-أمينوسيكلوبروبان -1 المضاد للاندماج (ACC) ، وأظهرت هذه النباتات زيادة ملحوظة في إمكانات التجديد وانخفاض مماثل في إنتاج الإيثيلين ( بوا ولي ، 1995). تم أيضًا توصيف جينات بروتين ألياف القطن باستخدام تثبيط RNA لجين معين (Hohn ، 1996). تم استخدام تثبيط مضادات المعنى لتحديد دور ليبوكسجيناز (LOX) في بروتوبلاست العدس عن طريق إدخال جين LOX المضاد للحساسية (Maccarone et al. 1995).

        شكلت تقنية الحمض النووي الريبي المضاد المعنى الأساس لتوضيح مسار التخليق الحيوي للفلافونويد ، وفي الواقع ، كان جين CHS هو أول جين داخلي مستهدف بواسطة الحمض النووي الريبي المضاد في النباتات. أنتجت نباتات البطونية المضادة للحساسية أزهارًا ذات صبغة كورولا شاحبة ولكن لم تتأثر مستويات الحالة الثابتة من الرنا المرسال للجينات الأخرى الخاصة بالفلافونويد (Van der Krol et al. 1990).

        S-adenosyl-methionine (SAM) هو مقدمة شائعة لكل من التخليق الحيوي للإيثيلين وكذلك التخليق الحيوي لمركبات الأمينات (spermine و spermidine) ، كما أن التثبيط المضاد للحساسية للتعبير الجيني لـ SAM decarboxylase في نباتات البطاطس المعدلة وراثيًا قدم نهجًا جزيئيًا لدراسة تأثير التلاعب في مستويات البوليامين في النمو والتنمية (كومار وآخرون ، 1996).

        أظهرت نباتات البطاطس التي تعبر عن جين SAM decarboxylase المضاد للحساسية أنماطًا ظاهرية شاذة بسبب استنفاد البولي أمينات الخلوية وارتفاع مستويات الإيثيلين (Kumar et al. 1996). علاوة على ذلك ، تم إنتاج البطاطس المعدلة وراثيا أيضًا باستخدام الجين المضاد لتحليل SAM decarboxylase مدفوعًا بمحفز يحفز التتراسيكلين ، وتوفر هذه المعدلة وراثيًا فرصة لمزيد من التحقيقات في العلاقة المتبادلة بين مسارات استقلاب البوليامين والإيثيلين.

        بخلاف توضيح خطوات المسارات الأيضية ، وجد تثبيط الحمض النووي الريبي المضاد للدلالة استخدامه في تحديد وظيفة الجين كما في حالة الجين الناضج (pTOM5) ، والذي وجد أنه جزء من مسار الكاروتين (بيرد وآخرون 1991).

        تم العثور على جين آخر من الطماطم المرتبط بالنضج (pTOM13) متورط في تخليق الإيثيلين وبالتالي قد يكون جزءًا من نظام ACC-oxidase المتضمن في تحويل ACC إلى الإيثيلين (Thang et al. 1992) (AKR) الذي يحتوي على الجين أشار إلى تورط جين AKR في تنظيم تمايز البلاستيدات الخضراء (بوزاير وآخرون 1992). أدى القمع المضاد للحساسية للوحدة الفرعية المرتبطة بـ NADH المشفر نوويًا لمركب سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا- I في نباتات البطاطس إلى نمو خضري طبيعي ولكن انخفاض خصوبة الذكور والذي قد يكون بسبب عدم كفاية سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا (Heiser et al.1997).

        تم استخدام نباتات Flaveria bidentis المعدلة وراثيًا مع جين Rubisco المضاد للمعنى لدراسة العلاقة بين CO2 الاستيعاب ومحتوى Rubisco في C4 النباتات ولوحظ أن تثبيط Rubisco أدى إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون2 التركيز وتسربه في غمد الحزمة (Caemmerer et al.1997).

        تم تقييم أهمية جين نقل الببتيد AtPTR2-B من نبات الأرابيدوبسيس من خلال إنتاج جين AtPTR2-B معدّل وراثيًا ، وقد غيرت الجينات المعدلة وراثيًا النمط الظاهري وتأخر الإزهار وعدم وجود مجموعة بذور ، مما يشير إلى دور رئيسي للجين في النمو والتطور (Song et آل 1997).

        تشمل الأمثلة الأخرى لتقنية الحمض النووي الريبي المضاد للدلالة المستخدمة لتوضيح وظائف الجينات الجين المعدّل وراثيًا المعبر عن التبغ أسكوربات بيروكسيديز (APX) مما يؤدي إلى زيادة قابلية الجينات المعدلة لإصابة الأوزون ، مما يشير إلى الدور الرئيسي لـ APX في تحمل الإجهاد التأكسدي (Orvar و Ellis ، 1997). أدى التثبيط المضاد للحساسية لجين البيوتين كربوكسيلاز في التبغ إلى تأخر شديد في النمو ، مما يعزز أهمية البيوتين لنمو النبات (Shintami et al.1997).

        كما تم استخدام تقنية الحمض النووي الريبي المضاد للمعنى لتحسين المحاصيل ، إلى جانب استخدامها لاكتساب المعرفة في أساسيات تطوير النبات. تم استخدام هذه التقنية في تعديل تركيبة زيت بذور براسيكا (كنوتزون وآخرون 1992). تم تثبيط جين إنزيم desaturase ، مما أدى إلى إنتاج بذور تحتوي على نسبة عالية من زيت الإستيرات دون أي انخفاض في محتوى الدهون في البذور.

        أدى تثبيط الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية للتعبير الجيني للكيتيناز إلى زيادة قابلية الإصابة بالأمراض الفطرية في نباتات الأرابيدوبسيس ، مما يوضح دور الكيتينيز في حماية النبات (Samac and Shah ، 1994). تم استخدام هذه التقنية أيضًا لمنح مقاومة للعدوى النباتية الفيروسية. نباتات البطاطس المعدلة وراثيا التي تعبر عن الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية لبروتين غلاف لفائف أوراق البطاطس (PLRV) كانت مقاومة للعدوى (Kawchuk وآخرون 1991). ستانلي وآخرون. (ستانلي وآخرون 1990) أنتج الكسافا المعدلة وراثيًا المقاومة لفيروس الكسافا الكامن (CLV) عن طريق إدخال تكرار ترادفي للحمض النووي دون الجيني B من CLV.

        تم العثور على نباتات Nicotiana benthaniana المعدلة وراثيًا التي تعبر عن الجين C1 المضاد للترميز (الذي يشفر بروتين Rep) لفيروس تجعيد الأوراق الصفراء للطماطم (TYLCV) لتكون مقاومة لعدوى TYLCV (Bendalmane and Gronenborn ، 1997) ، وبالتالي يمكن إنتاج الطماطم المعدلة وراثيًا والتي ستكون مقاومة ل TYLCV ، وهو مرض رئيسي في الطماطم.

        تم الإبلاغ مؤخرًا عن أن تقنية الحمض النووي الريبي المضادة المعنى تولد متحولة Hsp70 في A. thaliana ، وقد أدى ذلك إلى الدور الوقائي لـ HSp70 في تحمل الحرارة وتأثير تنظيمي على عوامل نسخ الصدمة الحرارية التي تؤدي إلى التنظيم التلقائي للاستجابة للصدمة الحرارية (Lee and Schoftl 1996) ).

        تم تطبيق إستراتيجية الجين المضاد للحساسية لتثبيط التعبير عن جين مثير للحساسية أثناء نضوج البذور في الأرز ، واستمر التثبيط في ذرية النباتات المحولة (Tada et al.1996).

        تحتوي تقنية الحمض النووي الريبي المضاد للحساسية على بعض الثغرات الأساسية التي يجب التغلب عليها قبل استغلال إمكاناتها الكاملة. أولاً ، يبدو أنه لا توجد آلية عالمية واحدة للعمل المضاد للدلالة ، يجب دراسة كل نظام بشكل مستقل لجوانبه الميكانيكية للتثبيط.

        درجة التثبيط متغيرة تمامًا حتى في حالة وجود نسخة واحدة من الجين المضاد ، يحتاج هذا الجانب إلى مزيد من الدراسة بالارتباط مع رقم النسخ والتأثير الموضعي على التعبير الجيني المضاد للمعنى. بالإضافة إلى ذلك ، يجب دراسة التأثيرات طويلة المدى للتعبير عن الجين المضاد للحساسية أو جرعة قليل النوكليوتيدات المضادة للحساسية ، وتدهورها وتأثيرات الارتباط غير المحدد.

        في الختام ، فإن تقنية الحمض النووي الريبي المضادة المعنى تبشر بالخير لكل من أنظمة النباتات وكذلك أنظمة الحيوانات ، ولكن قبل استخدامها على نطاق واسع ، يجب توضيح أساسيات التكنولوجيا وتعديل التكنولوجيا وفقًا لذلك حتى يمكن استغلالها إلى أقصى إمكاناتها. .


        الملخص

        أظهر الحمض النووي الريبي المرسال المعدل الصناعي (mRNA) إمكانات كبيرة للتطبيقات العلاجية مثل اللقاحات والعلاجات الجينية ، مع لقاحات mRNA الحديثة للوباء العالمي COVID-19 (مرض فيروس كورونا 2019) التي تجذب اهتمامًا هائلاً. تعد التعديلات الكيميائية وعربات توصيل الرنا المرسال الاصطناعي عاملين رئيسيين لها في الجسم الحي تطبيقات علاجية. التعديلات الكيميائية مثل مثيلة النيوكليوزيد تمنح mRNAs الاصطناعية ثباتًا عاليًا وتقليل التحفيز للمناعة الفطرية. لقد أدى تطوير الإنتاج القابل للتطوير من mRNA الاصطناعية واستراتيجيات صياغة وتسليم mRNA الفعالة في السنوات الأخيرة إلى تقدم هذا المجال بشكل ملحوظ. تجدر الإشارة إلى أن لدينا معرفة محدودة بأدوار تعديلات الرنا المرسال في الماضي. ومع ذلك ، فإن العقد الماضي لم يشهد فقط اكتشافات جديدة للعديد من تعديلات الرنا المرسال التي تحدث بشكل طبيعي ولكن أيضًا تقدمًا كبيرًا في فهم أدوارها في تنظيم التعبير الجيني. من الضروري للغاية إعادة النظر في النظام العلاجي الذي تصنعه mRNAs الاصطناعية المعدلة وناقلات التوصيل. في هذه المراجعة ، سنناقش بشكل أساسي أدوار التعديلات الكيميائية المختلفة على الرنا المرسال التركيبي ، ونلخص بإيجاز التقدم المحرز في استراتيجيات توصيل الرنا المرسال ، ونسلط الضوء على بعض تطبيقات علاج الرنا المرسال بما في ذلك لقاحات الأمراض المعدية ، والعلاج المناعي للسرطان ، وإعادة البرمجة الجينية القائمة على الرنا المرسال واستبدال البروتين. ، التحرير الجيني القائم على mRNA.

        بيان الأهمية

        إن تطوير عقار mRNA الاصطناعي يحمل وعدًا كبيرًا ولكنه يكمن وراء جزيئات صغيرة وعقاقير بروتينية إلى حد كبير بسبب المشكلات الصعبة المتعلقة باستقراره وقدرته على المناعة وقوته. في الخمسة عشر عامًا الماضية ، تمت معالجة هذه المشكلات بشكل جوهري من خلال توليف mRNA المعدل كيميائيًا وتطوير أنظمة توصيل قوية ، دخلت علاجات mRNA حقبة جديدة مثيرة بدأت مع لقاحات mRNA المعتمدة لمرض عدوى COVID-19. هنا ، نقدم التطورات الأخيرة في فهم الأدوار البيولوجية لمختلف التعديلات الكيميائية للـ RNA ، وفي تطوير أنظمة توصيل mRNA ، وفي تطوير التطبيقات العلاجية المستندة إلى mRNA ، بهدف إلهام المجتمع لإفراز أفكار جديدة لعلاج الأمراض.


        يتم تخزين المادة الجينية في شكل DNA في معظم الكائنات الحية. في البشر ، تحتوي نواة كل خلية على 3 × 10 9 أزواج قاعدية من الحمض النووي موزعة على 23 زوجًا من الكروموسومات ، وتحتوي كل خلية على نسختين من المادة الوراثية. يُعرف هذا بشكل جماعي باسم الجينوم البشري. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 30000 جين ، يرمز كل منها لبروتين واحد.

        يتم نسخ امتدادات كبيرة من الحمض النووي في الجينوم البشري ولكنها لا ترمز للبروتينات. تسمى هذه المناطق الإنترونات وتشكل حوالي 95٪ من الجينوم. إن تسلسل النوكليوتيدات في الجينوم البشري معروف الآن بدرجة معقولة من الدقة ولكننا لا نفهم بعد سبب كون الكثير منه غير مشفر. يتحكم بعض من هذا الحمض النووي غير المشفر في التعبير الجيني ولكن الغرض من جزء كبير منه لم يتم فهمه بعد. هذا موضوع رائع من المؤكد أنه سيتقدم بسرعة خلال السنوات القليلة القادمة.

        ال العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية ينص علي يصنع الحمض النووي RNA البروتينات (شكل 1).

        الشكل 1 | العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية: الحمض النووي يصنع البروتينات

        تسمى العملية التي يتم من خلالها نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي النسخ ، وتسمى العملية التي يتم من خلالها استخدام الحمض النووي الريبي لإنتاج البروتينات بالترجمة.

        تكرار الحمض النووي

        في كل مرة تنقسم الخلية ، ينقسم كل من خيوطها المزدوجة من الحمض النووي إلى شريطين فرديين. يعمل كل من هذه الخيوط الفردية كقالب لخيط جديد من الحمض النووي التكميلي. نتيجة لذلك ، كل خلية جديدة لها جينوم كامل خاص بها. تُعرف هذه العملية باسم تكرار الحمض النووي. يتم التحكم في النسخ المتماثل عن طريق اقتران Watson-Crick للقواعد الموجودة في حبلا القالب مع ثلاثي فوسفات deoxynucleoside الوارد ، ويتم توجيهه بواسطة إنزيمات بوليميريز DNA. إنها عملية معقدة ، لا سيما في حقيقيات النوى ، تنطوي على مجموعة من الإنزيمات. نسخة مبسطة من تكرار الحمض النووي البكتيري موصوفة في الشكل 2.

        الشكل 2 | تكرار الحمض النووي في البكتيريا التمثيل المبسط لتكرار الحمض النووي في البكتيريا.

        يستمر التخليق الحيوي للحمض النووي في الاتجاه 5 & رئيس- إلى 3 & الرئيسي. هذا يجعل من المستحيل على بوليمرات الدنا أن تصنع كلا الخيطين في وقت واحد. يجب أولاً فك جزء من اللولب المزدوج ، ويتم ذلك بوساطة هيليكس الانزيمات.

        يتم تصنيع الخيط الرئيسي بشكل مستمر ولكن يتم نسخ الشريط المقابل في دفعات قصيرة من حوالي 1000 قاعدة ، حيث يصبح قالب الشريط المتأخر متاحًا. تسمى الخيوط القصيرة الناتجة شظايا أوكازاكي (بعد مكتشفيهما ، Reiji و Tsuneko Okazaki). تحتوي البكتيريا على ثلاثة بوليميرات DNA مميزة على الأقل: Pol I و Pol II و Pol III ، وهي Pol III التي تشارك بشكل كبير في استطالة السلسلة. الغريب أن بوليميرات الدنا لا يمكنها بدء تخليق الدنا من جديد، ولكنها تتطلب برايمر قصير مع مجموعة 3 & Prime-hydroxyl مجانية. يتم إنتاج هذا في الخيط المتأخر بواسطة بوليميراز RNA (يسمى DNA primase) القادر على استخدام قالب DNA وتوليف قطعة قصيرة من RNA يبلغ طولها حوالي 20 قاعدة. يمكن للبول الثالث بعد ذلك أن يتولى زمام الأمور ، لكنه يواجه في نهاية المطاف واحدة من شظايا الحمض النووي الريبي القصيرة التي تم تصنيعها سابقًا في مسارها. عند هذه النقطة ، يتولى Pol I المسؤولية ، مستخدماً نشاطه 5 & Prime- إلى 3 & Prime-exonuclease لهضم RNA وملء الفجوة بالحمض النووي حتى يصل إلى امتداد مستمر من الحمض النووي. هذا يترك فجوة بين 3 & والنهاية الأولية للحمض النووي المركب حديثًا والنهاية 5 & الأولية للحمض النووي الذي تم تصنيعه مسبقًا بواسطة Pol III. يتم ملء الفجوة بواسطة DNA ligase ، وهو إنزيم يصنع رابطة تساهمية بين مجموعة 5 & Prime-phosphate ومجموعة 3 & prime-hydroxyl (الشكل 3). إن بدء تكرار الحمض النووي في الشريط الرئيسي أكثر تعقيدًا وتتم مناقشته بالتفصيل في نصوص أكثر تخصصًا.

        الشكل 3 | بوليميرات الحمض النووي في تكرار الحمض النووي التمثيل المبسط لعمل بوليميرات الحمض النووي في تكرار الحمض النووي في البكتيريا.

        أخطاء في تكرار الحمض النووي

        تكاثر الحمض النووي ليس مثاليا. تحدث أخطاء في تكرار الحمض النووي ، عندما يتم دمج القاعدة غير الصحيحة في حبلا الحمض النووي المتنامي. هذا يؤدي إلى غير متطابق أزواج القاعدة ، أو أزواج. تتمتع بوليميرات الحمض النووي بنشاط تدقيق ، وقد تطورت إنزيمات إصلاح الحمض النووي لتصحيح هذه الأخطاء. في بعض الأحيان ، تبقى الأزواج الخاطئة على قيد الحياة ويتم دمجها في الجينوم في الجولة التالية من النسخ المتماثل. قد لا يكون لهذه الطفرات أي نتيجة ، فقد تؤدي إلى موت الكائن الحي ، أو قد تؤدي إلى مرض وراثي أو سرطان أو قد تمنح الكائن الحي ميزة تنافسية على جيرانه ، مما يؤدي إلى التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي.

        النسخ

        النسخ هو العملية التي يتم من خلالها نسخ الحمض النووي (نسخت) إلى mRNA ، الذي يحمل المعلومات اللازمة لتخليق البروتين. يتم النسخ في خطوتين واسعتين. أولاً ، يتم تكوين الحمض النووي الريبي قبل المرسال ، بمشاركة إنزيمات بوليميراز الحمض النووي الريبي. تعتمد العملية على الاقتران بقاعدة Watson-Crick ، ​​والخيط الفردي الناتج من الحمض النووي الريبي هو التكملة العكسية لتسلسل الحمض النووي الأصلي. ثم يتم "تحرير" الرنا المسبق للرسول لإنتاج جزيء الرنا المطلوب في عملية تسمى الربط RNA.

        تشكيل ما قبل الرسول RNA

        آلية النسخ لها أوجه تشابه مع آلية تكرار الحمض النووي. كما هو الحال مع تكرار الحمض النووي ، يجب أن يحدث الفك الجزئي للحلزون المزدوج قبل أن يحدث النسخ ، وإنزيمات بوليميريز الحمض النووي الريبي هي التي تحفز هذه العملية.

        على عكس تكرار الحمض النووي ، حيث يتم نسخ كلا الخيطين ، يتم نسخ خيط واحد فقط. يُطلق على الخيط الذي يحتوي على الجين اسم يشعر حبلا ، في حين أن الخيط التكميلي هو مضاد المعنى ساحل. إن الرنا المرسال الناتج في النسخ هو نسخة من خيط الحس ، لكن الخيط المضاد للمعنى الذي يتم نسخه.

        محاذاة ريبونوكليوزيد ثلاثي الفوسفات (NTPs) على طول خيط DNA المضاد للتردد ، مع اقتران قاعدة Watson-Crick (أزواج A مع U). ينضم RNA polymerase إلى ribonucleotides معًا لتشكيل جزيء RNA قبل الرسول مكمل لمنطقة من خيط DNA المضاد للحساسية. ينتهي النسخ عندما يصل إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى ثلاثة توائم من القواعد التي تُقرأ على أنها إشارة "توقف". يعيد جزيء الحمض النووي لفه لإعادة تشكيل الحلزون المزدوج.

        الشكل 4 | النسخ تمثيل مبسط لتشكيل الحمض النووي الريبي قبل الرسول (برتقالي) من الحمض النووي مزدوج الشريطة (الأزرق) في النسخ.

        الربط RNA

        وهكذا فإن الحمض النووي الريبي المرسال الذي تم تكوينه يحتوي على إنترونات غير مطلوبة لتخليق البروتين. يتم تقطيع الرنا المسبق للرسول لإزالة الإنترونات وإنشاء الرنا المرسال (mRNA) في عملية تسمى الربط RNA (الشكل 5).

        الشكل 5 | RNA splicing Introns are spliced ​​from pre-messenger RNA لإعطاء messenger RNA (mRNA).

        الربط البديل

        في التضفير البديل ، يتم تقطيع exons الفردية أو تضمينها ، مما يؤدي إلى ظهور العديد من منتجات mRNA المختلفة الممكنة. تختلف رموز كل منتج mRNA لبروتين مختلف الأشكال الإسوية هذه البروتين في تسلسل الببتيد وبالتالي نشاطها البيولوجي. تشير التقديرات إلى أن ما يصل إلى 60٪ من منتجات الجينات البشرية تخضع لعملية التضفير البديل. تُعرف عدة آليات مختلفة للربط البديل ، اثنان منها موضحتان في الشكل 6.

        الشكل 6 | التضفير البديل توجد عدة آليات مختلفة للربط البديل - يمكن تضمين إكسون الكاسيت في أو استبعاده من الحمض النووي الريبي النهائي (أعلى) ، أو قد يكون إكسون كاسيت منفصلين (أسفل).

        يساهم التضفير البديل في تنوع البروتين - يمكن لنسخة جين واحدة (RNA) أن تحتوي على آلاف أنماط التضفير المختلفة ، وبالتالي فإنها ترمز لآلاف البروتينات المختلفة: يتم إنشاء بروتين متنوع من جينوم محدود نسبيًا. الربط مهم في التنظيم الجيني (تغيير نمط التضفير استجابة للظروف الخلوية يغير تعبير البروتين). ربما ليس من المستغرب أن تؤدي أنماط التضفير غير الطبيعية إلى حالات مرضية بما في ذلك السرطان.

        النسخ العكسي

        في النسخ العكسي ، يتم "نسخ عكسي" إلى الحمض النووي الريبي. هذه العملية ، التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيمات النسخ العكسي ، تسمح للفيروسات القهقرية ، بما في ذلك فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) ، باستخدام الحمض النووي الريبي كمواد جينية. وجدت إنزيمات النسخ العكسي أيضًا تطبيقات في التكنولوجيا الحيوية ، مما يسمح للعلماء بتحويل الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي لتقنيات مثل PCR.

        ترجمة

        يتم نقل mRNA المتكون في النسخ من النواة ، إلى السيتوبلازم ، إلى الريبوسوم (مصنع تخليق البروتين في الخلية). هنا ، يوجه تخليق البروتين. لا يشارك Messenger RNA بشكل مباشر في تخليق البروتين - يلزم نقل RNA (tRNA) لهذا الغرض. تسمى العملية التي يوجه بها الرنا المرسال تخليق البروتين بمساعدة الحمض النووي الريبي ترجمة.

        الريبوسوم هو مركب كبير جدًا من جزيئات الحمض النووي الريبي والبروتين. يُعرف كل امتداد ثلاثي القواعد من mRNA (ثلاثي) باسم a كودون، وكودون واحد يحتوي على المعلومات الخاصة بحمض أميني معين. عندما يمر الرنا المرسال عبر الريبوسوم ، يتفاعل كل كودون مع أنتيكودون لجزيء معين من جزيء RNA (tRNA) عن طريق الاقتران بقاعدة Watson-Crick. يحمل جزيء الحمض النووي الريبوزي tRNA هذا حمضًا أمينيًا في نهايته 3 & الأولية ، والذي يتم دمجه في سلسلة البروتين المتنامية. ثم يتم طرد الحمض الريبي النووي النقال من الريبوسوم. يوضح الشكل 7 الخطوات المتبعة في تخليق البروتين.

        الشكل 7 | ترتبط ترجمة (أ) و (ب) جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) بموقعي الارتباط للريبوسوم ، وعن طريق الارتباط الهيدروجيني بـ mRNA (ج) ، تتشكل رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية لتكوين ثنائي الببتيد ، بينما يتم ترك جزيء الحمض النووي الريبي (tRNA) غير مشحون (د) يترك جزيء الحمض النووي الريبي غير المشحون الريبوسوم ، بينما ينقل الريبوسوم كودونًا واحدًا إلى اليمين (يتم نقل ثنائي الببتيد من موقع ربط إلى آخر) (هـ) يرتبط جزيء الحمض الريبي النووي النقال غير المشحون (و) تتشكل رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية لصنع ثلاثي الببتيد (ز) يترك جزيء الحمض الريبي النووي النقال غير المشحون الريبوسوم.

        نقل الحمض النووي الريبي

        يعتمد نقل الحمض النووي الريبي (RNA) على بنية ثلاثية محددة جيدًا والتي يتم تمثيلها عادةً في بعدين كشكل ورقة البرسيم ، كما في الشكل 7. يظهر هيكل الحمض النووي الريبي (tRNA) بمزيد من التفصيل في الشكل 8.

        الشكل 8 | الهياكل ثنائية الأبعاد لـ tRNA (نقل الحمض النووي الريبي) في بعض tRNAs ، يحتوي ذراع DHU على ثلاثة أزواج أساسية فقط.

        كل حمض أميني له الحمض الريبي النووي النقال الخاص به (أو مجموعة من الحمض النووي الريبي). على سبيل المثال ، يختلف الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) للفينيل ألانين (tRNAPhe) عن حمض الهيستيدين (tRNAHis). يتم ربط كل حمض أميني بـ tRNA الخاص به من خلال مجموعة 3 & Prime-OH لتشكيل استر يتفاعل مع المجموعة الأمينية α من الحمض الأميني النهائي لسلسلة البروتين النامية لتشكيل رابطة أميد جديدة (رابطة الببتيد) أثناء تخليق البروتين (الشكل 9). يكون تفاعل الإسترات مع الأمينات مناسبًا بشكل عام ولكن معدل التفاعل يزداد بشكل كبير في الريبوسوم.

        الشكل 9 | تفاعل تخليق البروتين لسلسلة عديد الببتيد المتنامية مع الطرف 3 والنهاية الأولية من الحمض الريبي النووي النقال المشحون. يتم نقل الحمض الأميني من جزيء الحمض الريبي النووي النقال إلى البروتين.

        يحتوي كل جزيء نقل RNA على بنية ثلاثية محددة جيدًا يتم التعرف عليها بواسطة إنزيم aminoacyl tRNA synthetase ، والذي يضيف الحمض الأميني الصحيح إلى 3 & والطرف الرئيسي من الحمض الريبي النووي النقال غير المشحون. يعد وجود النيوكليوسيدات المعدلة أمرًا مهمًا في تثبيت بنية الحمض النووي الريبي. بعض هذه التعديلات موضحة في الشكل 10.

        الشكل 10 | القواعد المعدلة في تراكيب الحمض الريبي النووي النقال لبعض القواعد المعدلة الموجودة في الحمض الريبي النووي النقال.

        الكود الجيني

        الشيفرة الجينية عالمية تقريبا. إنه أساس نقل المعلومات الوراثية عن طريق الأحماض النووية في جميع الكائنات الحية. هناك أربع قواعد في RNA (A و G و C و U) ، لذلك هناك 64 رمزًا ثلاثيًا محتملاً (4 3 = 64). من الناحية النظرية ، هناك حاجة إلى 22 رمزًا فقط: واحد لكل من الأحماض الأمينية العشرين التي تحدث بشكل طبيعي ، مع إضافة كودون البداية وكودون التوقف (للإشارة إلى بداية ونهاية تسلسل البروتين). العديد من الأحماض الأمينية لها عدة أكواد (انحطاط) ، بحيث يتم استخدام جميع الرموز الثلاثية الـ 64 الممكنة. على سبيل المثال ، يحتوي كل من Arg و Ser على 6 أكواد بينما لدى Trp و Met رمز واحد فقط. لا يوجد نوعان من الأحماض الأمينية لهما نفس الكود ، لكن الأحماض الأمينية التي تمتلك سلاسلها الجانبية خصائص فيزيائية أو كيميائية متشابهة تميل إلى أن يكون لها تسلسلات كودون متشابهة ، على سبيل المثال السلاسل الجانبية لـ Phe و Leu و Ile و Val كلها كارهة للماء ، و Asp و Glu كلاهما أحماض كربوكسيلية (انظر الشكل 11). هذا يعني أنه إذا تم اختيار الحمض الريبي النووي النقال غير الصحيح أثناء الترجمة (بسبب الإقران الخاطئ لقاعدة واحدة في واجهة الكودون المضاد للكودون) ، فمن المحتمل أن يكون للأحماض الأمينية غير المدمجة خصائص مماثلة لجزيء الحمض الريبي النووي النقال المقصود. على الرغم من أن البروتين الناتج سيحتوي على حمض أميني واحد غير صحيح ، إلا أنه من المحتمل جدًا أن يكون فعالاً. تظهر الكائنات الحية "تحيزًا في الكودون" وتستخدم أكواد معينة لحمض أميني معين أكثر من غيرها. على سبيل المثال ، يختلف استخدام الكودون في البشر عن استخدامه في البكتيريا ، فقد يكون من الصعب أحيانًا التعبير عن بروتين بشري في البكتيريا لأن الحمض النووي الريبي ذي الصلة قد يكون موجودًا عند تركيز منخفض جدًا.

        الشكل 11 | الكود الجيني - تعيينات الكودون الثلاثية للأحماض الأمينية العشرين. بالإضافة إلى ترميز الميثيونين ، يتم استخدام AUG ككودون بدء ، لبدء عملية التخليق الحيوي للبروتين

        تمرين في استخدام الكود الجيني

        يحتوي خيط واحد من الحمض النووي الجينومي (الخيط A ، حبلا الترميز) على قراءة التسلسل التالية من 5 & Prime- إلى 3 & Prime-:

        ستشكل هذه الخصلة الشكل المزدوج التالي:

        تسلسل القواعد في الخيط الآخر من DNA (الخيط B) المكتوب 5 & Prime- إلى 3 & Prime- هو بالتالي

        تسلسل القواعد في mRNA المنسوخ من الخيط A من DNA مكتوب 5 & Prime- إلى 3 & Prime- هو

        تسلسل الأحماض الأمينية المشفرة بواسطة mRNA أعلاه هو

        ومع ذلك ، إذا كان DNA strand B هو خيط الترميز ، فسيكون تسلسل mRNA:

        وسيكون تسلسل الأحماض الأمينية:

        فرضية التذبذب

        يكشف الفحص الدقيق لجميع الكودونات المتاحة لحمض أميني معين أن الاختلاف يكون أكبر في الموضع الثالث (على سبيل المثال ، أكواد الألانين هي GCU و GCC و GCA و GCG). اقترح كريك وبرينر أن جزيء الحمض النووي الريبي الفردي يمكنه التعرف على الكودونات ذات القواعد المختلفة في الطرف الثالث والنهاية الأولية بسبب تكوين زوج قاعدة غير واتسون-كريك مع القاعدة الثالثة في تفاعل كودون-أنتي كودون. تختلف أزواج القواعد غير القياسية في الشكل عن A · U و G · C والمصطلح فرضية التذبذب يشير إلى أن درجة معينة من المرونة أو "التذبذب" مسموح به في هذا الموضع في الريبوسوم. ليست كل التوليفات أمثلة محتملة لأزواج "مسموح بها" موضحة في الشكل 12.

        الشكل 12 | تم العثور على هياكل أزواج القواعد المتذبذبة في الحمض النووي الريبي

        يمكن أن تؤدي قدرة قواعد الحمض النووي على تكوين أزواج قاعدية متذبذبة بالإضافة إلى أزواج قاعدة Watson-Crick إلى عدم تطابق زوج القاعدة أثناء تكرار الحمض النووي. إذا لم يتم إصلاحها بواسطة إنزيمات إصلاح الحمض النووي ، يمكن أن تؤدي هذه الاختلافات إلى أمراض وراثية والسرطان.


        كيف بدأت الحياة؟ تم تطوير الحمض النووي الريبي الذي يكرر نفسه إلى أجل غير مسمى لأول مرة

        أحد أكثر الأسئلة ديمومة هو كيف يمكن أن تبدأ الحياة على الأرض. يُعتقد أن الجزيئات التي يمكنها عمل نسخ من نفسها ضرورية لفهم هذه العملية لأنها توفر الأساس للتوريث ، وهي خاصية حاسمة للأنظمة الحية. النتائج الجديدة يمكن أن تساعد في طرح الأسئلة البيوكيميائية حول كيف بدأت الحياة.

        الآن ، اتخذ زوجان من علماء معهد سكريبس للأبحاث خطوة مهمة نحو الإجابة على هذا السؤال. قام العلماء لأول مرة بتصنيع إنزيمات RNA التي يمكنها تكرار نفسها دون مساعدة من أي بروتينات أو مكونات خلوية أخرى ، وتستمر العملية إلى أجل غير مسمى.

        نُشر العمل مؤخرًا في مجلة Science.

        في العالم الحديث ، يحمل الحمض النووي التسلسل الجيني للكائنات المتقدمة ، بينما يعتمد الحمض النووي الريبي على الحمض النووي لأداء أدواره مثل بناء البروتينات. لكن إحدى النظريات البارزة حول أصول الحياة ، تسمى نموذج RNA World ، تفترض أنه نظرًا لأن RNA يمكن أن يعمل كجين وإنزيم ، فقد يكون RNA قد جاء قبل الحمض النووي والبروتين ويعمل كجزيء أسلاف للحياة. ومع ذلك ، فإن عملية نسخ الجزيء الجيني ، والتي تعتبر مؤهلاً أساسيًا للحياة ، تبدو معقدة للغاية ، وتتضمن العديد من البروتينات والمكونات الخلوية الأخرى.

        لسنوات ، تساءل الباحثون عما إذا كانت هناك طريقة أبسط لنسخ الحمض النووي الريبي ، التي أحدثها الحمض النووي الريبي نفسه. سبق أن اتخذ مختبر جويس وغيره بعض الخطوات المؤقتة على طول هذا الطريق ، لكن لم يستطع أحد إثبات أن تكرار الحمض النووي الريبي يمكن أن يكون ذاتي الانتشار ، أي ينتج عنه نسخ جديدة من الحمض النووي الريبي يمكنها أيضًا نسخ نفسها.

        في تطور المختبر

        بعد سنوات قليلة من وصول تريسي لينكولن إلى معهد سكريبس للأبحاث من جامايكا لمتابعة الدكتوراه ، بدأت في استكشاف مفهوم النسخ المتماثل للحمض النووي الريبي فقط جنبًا إلى جنب مع مستشارها البروفيسور جيرالد جويس ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، وهو أيضًا عميد الكلية في أبحاث سكريبس. بدأ عملهم بطريقة التكيف القسري المعروفة باسم التطور في المختبر. كان الهدف هو أخذ أحد إنزيمات الحمض النووي الريبي التي تم تطويرها بالفعل في المختبر والتي يمكن أن تؤدي الكيمياء الأساسية للتكاثر ، وتحسينها لدرجة أنه يمكن أن يؤدي إلى تكاثر ذاتي فعال ودائم.

        صنع لينكولن في المختبر عددًا كبيرًا من المتغيرات من إنزيم الحمض النووي الريبي التي قد تواجه تحديًا للقيام بالمهمة ، ونفذ إجراء تطوير أنبوب الاختبار للحصول على تلك المتغيرات الأكثر مهارة في ضم أجزاء من الحمض النووي الريبي معًا.

        في النهاية ، مكنت هذه العملية الفريق من عزل نسخة مطورة من الإنزيم الأصلي الذي يعد مكررًا فعالًا للغاية ، وهو الشيء الذي كافح العديد من المجموعات البحثية ، بما في ذلك مجموعة جويس ، لسنوات للحصول عليه. حقق الإنزيم المحسن الهدف الأساسي المتمثل في القدرة على الخضوع لتكرار دائم. يقول لينكولن: "لقد أذهلني الأمر نوعًا ما".

        تخليد المعلومات الجزيئية

        يشتمل نظام النسخ في الواقع على إنزيمين ، يتكون كل منهما من وحدتين فرعيتين ويعمل كل منهما كمحفز يجمع الآخر. تكون عملية التكاثر دورية ، حيث يربط الإنزيم الأول الوحدتين الفرعيتين اللتين تشكلان الإنزيم الثاني وينضم إليهما لعمل نسخة جديدة من الإنزيم الثاني بينما يرتبط الإنزيم الثاني بالمثل وينضم إلى وحدتين فرعيتين يتكونان من الإنزيم الأول. وبهذه الطريقة ، يتجمع الإنزيمان مع بعضهما البعض و [مدش] ما يسمى بالنسخ المتقاطع. لجعل العملية تستمر إلى أجل غير مسمى ، لا يتطلب سوى كمية صغيرة من الإنزيمين وإمدادات ثابتة من الوحدات الفرعية.

        يقول جويس: "هذه هي الحالة الوحيدة خارج علم الأحياء حيث تم تخليد المعلومات الجزيئية".

        لم يكتف الباحثون بالتوقف عند هذا الحد ، فقد أنشأوا مجموعة متنوعة من أزواج الإنزيمات ذات القدرات المماثلة. قاموا بخلط 12 زوجًا مختلفًا متقاطعًا ، مع جميع الوحدات الفرعية المكونة لهم ، وسمحوا لهم بالمنافسة في اختبار جزيئي للبقاء للأصلح. في معظم الأوقات ، تتكاثر الإنزيمات المضاعفة بشكل صحيح ، ولكن في بعض الأحيان قد يرتكب الإنزيم خطأ من خلال ربط إحدى الوحدات الفرعية من أحد الإنزيمات المضاعفة الأخرى. عندما حدثت مثل هذه "الطفرات" ، كانت الإنزيمات المؤتلفة الناتجة أيضًا قادرة على التكرار المستمر ، مع زيادة عدد النسخ الأكثر ملاءمة للسيطرة على الخليط. تقول جويس: "هذه في الواقع أكبر نتيجة بالنسبة لي".

        يُظهر البحث أن النظام يمكنه الحفاظ على المعلومات الجزيئية ، وهو شكل من أشكال التوريث ، ويؤدي إلى اختلافات في نفسه بطريقة تشبه التطور الدارويني. لذلك ، كما يقول لينكولن ، "ما لدينا هو شيء غير حي ، لكننا تمكنا من إظهار أنه يحتوي على بعض الخصائص الشبيهة بالحياة ، وكان ذلك ممتعًا للغاية."

        طرق باب الحياة

        تتابع المجموعة التطبيقات المحتملة لاكتشافها في مجال التشخيص الجزيئي ، لكن هذا العمل مرتبط بورقة بحثية قيد المراجعة حاليًا ، لذلك لا يمكن للباحثين مناقشتها بعد.

        لكن القيمة الرئيسية للعمل ، حسب جويس ، هي على مستوى البحث الأساسي. "ما وجدناه قد يكون ذا صلة بكيفية بدء الحياة ، في تلك اللحظة الحاسمة عندما يبدأ التطور الدارويني." وسارع إلى الإشارة إلى أنه على الرغم من أن أنظمة إنزيم الحمض النووي الريبي ذاتية التكاثر تشترك في خصائص معينة من الحياة ، إلا أنها ليست في حد ذاتها شكلاً من أشكال الحياة.

        لا يمكن أبدًا إعادة إنشاء الأصل التاريخي للحياة بدقة ، لذلك بدون آلة زمنية موثوقة ، يجب على المرء بدلاً من ذلك معالجة السؤال ذي الصلة حول ما إذا كان من الممكن إنشاء الحياة في المختبر. هذا ، بالطبع ، يمكن أن يلقي الضوء على الشكل الذي قد تبدو عليه بداية الحياة ، على الأقل في الخطوط العريضة. يقول لينكولن عن عملهم: "نحن لا نحاول إعادة تشغيل الشريط ، ولكن قد يخبرنا كيف تبدأ عملية فهم نشوء الحياة في المختبر."

        يقول جويس أنه فقط عندما يتم تطوير نظام في المختبر لديه القدرة على تطوير وظائف جديدة بمفرده ، يمكن أن يطلق عليه بشكل صحيح اسم الحياة. يقول: "نحن نطرق هذا الباب ، لكننا بالطبع لم نحقق ذلك".

        تحتوي الوحدات الفرعية في الإنزيمات التي أنشأها الفريق على العديد من النيوكليوتيدات ، لذا فهي معقدة نسبيًا وليست شيئًا كان من الممكن العثور عليه طافيًا في الطمي البدائي.ولكن ، في حين أن اللبنات الأساسية من المحتمل أن تكون أبسط ، أظهر العمل أخيرًا أن شكلًا أبسط من الحياة القائمة على الحمض النووي الريبي ممكن على الأقل ، وهو ما يجب أن يدفع مزيدًا من البحث لاستكشاف نظرية RNA العالمية لأصول الحياة.

        مصدر القصة:

        المواد المقدمة من معهد سكريبس للبحوث. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


        شاهد الفيديو: DNA u0026 RNA Structure (كانون الثاني 2022).