جميل
مرحبا بك
عدد الرسائل : 54
تاريخ التسجيل : 26/10/2010
وســــــــــام النشــــــــــــــاط : 2
 | |  الجينوم البديل | |
عبارة "جين
واحد بروتين واحد" لم تعد
صحيحة كما كان سابقاً. فكلما
ازداد تعقيد الكائن الحي كلما
أصبح عدد البروتينات المحمولة
على نفس الجين أكثر.
في ربيع عام 2000 أخذ البيولوجيين
الجزيئيينَ يتراهنون على عدد
الجينات في الجينوم عند انتهى فك
DNA الكامل للإنسان. .
التخمينات في ذلك الوقت وصلت إلى
الـ153,000 جين. مع ذلك، قال أخرون،
بان عدد البروتينات البشرية
حوالي 90,000 نوعَ مختلفَ مِنْ
البروتينِ، لذا يَجِبُ أَنْ
يكونَ عدد الجينات في تلك الحدود.
وبالنظر إلى تعقيدَنا، فاننا
يَجِبُ أَنْ يكونَ لدينا تشكيلة
وراثية أكبر مِنْ دودة ،
Caenorhabditis elegans، والتي لديها حوالي
ألف خلية وتمتلك 19,500
جينِ تشفير ، ومجموع جيناته
بالكامل 40,000. عندما نُشِرتْ
أول نسخة من مُسوّدة السلسلةِ
الوراثية الإنسانيةِ في الصيفَ
التاليَ بَعْض المراقبين
صُدِموا ، بوجود 30,000 إلى 35,000 جين
مسئول عن تشفير البروتين فقط لدى
الإنسان. العدد المنخفض بَدا
محرجاً ومخيباً لتوقعات. ,ومنذ
نشر تلك النتائج تم مراجعة
الجينوم البشري عدة مرات أدت تلك
المراجعات إلى خفض عدد الجينات
المشفرة للبروتين إلى أقلِ مِنْ
25,000. على أية حال وأثناء نفس
الفترةِ،, فأن علماء الوراثة
فهموا بان العدد المنخفض
للجينات المشفرة هو علامة على
تعقيدنا لأننا وبهذا العديد
القليل من الجينات أستطيع
الإنسان صنع مجموعة كبيرة
ومتنوعة من البروتينات.
خلال عملية تدعى بــ (التظفير
البديل ) (فصل –ربط) alternative splicing ،
المعلومات المخزنة في جيناتِ
الكائنات الحية المعقّدةِ
يُمْكِنُ أَنْ تُحرّرَ بعدة
طرقِ، وذلك جَعْل بستطاعت الجين
الوحيد أن يقوم بتحديد بروتينين
او أكثر. وبينما يُقارنُ علماءَ
الوراثة الجينوم البشريَ إلى
مثيلاته في الكائنات الحية
الأخرى، يُدركونَ مدى أثر
التظفير البديل على التنوع الذي
تمتاز به الكائنات مقارنة مع حجم
الجينوم الصغير نسبياً. هذا
بالإضافة، إلى تأثيره ضمن
الكائن الحي الواحد، وقدرته على
السماح بظهور أنواعِ مختلفةِ من
الأنسيجِه لأداء وظائفِ
متنوّعةِ تَعْملُ مِنْ نفس
تشكيلةِ الجيناتِ الصغيرةِ. في
الحقيقة، فأن معدلات التظفير
البديل يزداد بزيَاْدَة التعقيد
فيِ الكائن حي, بحدود ثلاثة
أرباع كُلّ الجينات البشرية
خاضعة لـ التظفير البديل. من
المحتمل أن الآلية نفسها ساهمتْ
في تطورِ التعقيد في الكائنات
الحيةِ ويُمْكِنُ أَنْ تَقُودَ
تطورَنا لمدى أبعد. العلماء
بْدوا يفهمون أيضاً كيف أن تظفير
( splicing ) لجينَ معيبَ يؤدي إلى
عِدّة أمراض كسرطان وأمراض
تناسلية، بالإضافة إلى الكيفية
التي من خلالها يمكن استخدام
آلية التظفير (splicing) في حلول
علاجية.
الاختيارات
المحورية
أهمية التظفير البديل لكثير من
الكائنات الحية لا يمكن
الاستهانة بها أبدا وتستحق
الكثير من الاهتمام من قبل
الباحثين . فعلى سبيل المثال،
حياة وموت الكائن يَعتمدانِ
عليها عندما يجب يقرير مصير خلية
تالفة وهل تستمر بالعَيْش أم لا.
كُلّ خلية تشعر بالظروف
الخارجية والداخلية لتقرر هل
عليها أن تستمر في البقاء أو
تقوم بعملية تدمير ذات
مُبَرمَجة المعروفة بapoptosis.
الخلايا التي لا تَستطيعُ
تَصليح DNA
فيها سيُنشّطُ برنامجَ apoptotic
لديها. Craig B. Thompson من جامعة
بنسلفانيا وزملائِه اكتشفوا
مؤخراً بأنّ جين يدعى بــ Bcl x،
هو المنظّم للـــ apoptosis، ويتم
استنساخها عبر آلية التظفير
البديلة لينتج عن ذلك نوعين من
البروتين ، Bcl-x(L) and Bcl-x(S)
. ، Bcl-x(L) يقمع عملية ال
apoptosis، بينما الأخر ينشطها. أول
اكتشاف لجين ينتج اكثر من بروتين
تم قبل اكثر 25 سنة مضت، لكن
الظاهرةَ اعتبرت نادرة. مقارنات
الجينوم الأخيرةِ كَشفتْ بأنّ
التظفير البديل شائع جدا وحاسم
كذلك وقدمت إضافة جوهرية و مثيرة
إلى وجهةِ النظر الكلاسيكيةِ عن
الكيفية التي تترجم بها
المعلومات المخزنة في جين إلى
بروتين. لكن هذا لا يمنع أن أغلب
الحقائقِ المألوفةِ مازالت
صحيحة: كحتوى الجنيوم على كُلّ
الأوامر الضرورية لصيانة وتكوين
الكائن حي، مشفّرهَ في لغة مكونة
من أربعة حروف مِنْ نكليوتيداتِ
DNA (A,C,G,T). في الكروموسوماتِ
البشرية، تقريباً ثلاثة بليون
نكليوتيد مصطفة سويا على كُلّا
جانبي اللولب المكون من خيطي DNA
. وعندما يحين الوقت لتفعيل
أوامر الجينات يبدى لولب ال DNA
بالإنفتال ليقوم كل خيط مفرد
باستنساخ قريبه الكيمائي من ال
RNA.
ُكلّ سلسلة نكليوتيداتِ DNA والتي
تنتج نسخةِ RNAبهذا الأسلوب
تدْعَى بالجين. البعض مِنْ
جزيئاتِ RNA الناتجة لا تترجم
أبدا إلى بروتينِ لكنها تَذْهبُ
للقيام بالوظائفِ التنظيميةِ
ضمن الخليةِ [انظرِ "المورّث
الغير مرئي: المجوهرات بين
النفايات، "مِن قِبل دبليو .
Wayt Gibbs؛ Scientificamerican نوفمبر/تشرين
الثّاني 2003]. نسخ RNA من
الجيناتِ التي تشفّرُ البروتين
في النهاية تذهب لتسَتقْرَ
بالمكائنِ الخلوية والتي تقوم
بترجمتها إلى سلسلة الأحماض
الأمينية. لكن في البداية،
النسخة الأولية من RNA يَجِبُ
أَنْ تَمْرَّ بعمليةِ تَحرير. في
1977 Phillip A. Sharp مِنْ معهد
ماساشوسيتس التكنولوجي
وريتشارد جْي . روبرتس مِنْ New
England Biolabs إكتشفا بِأَنَّ هذه،
النسخ الأولية من RNA مثل كُتُبِ
تَحتوي العديد مِنْ الفصولِ
غيرِ ذات مغزى أدخلتْ على مراحل
ضمن النَصِّ. الفصول التي لا
تحتوي معنى، تسمى introns، ويجب
فصلها من الكتب لتجمع بعد ذلك من
القطع الأخرى ذات المضمون
ألمسماه exon لتكوين قصّة متماسكة.
في عمليةِ قطع ورَبْط، تعرف بــ
splicing أو التظفير، الـــ introns يتم
قصة خارج النسخةِ الأساسيةِ
ويتم التخلص منه. اما قِطَع exons
فيتم تجميعها لتشكل النسخةِ
النهائية المعروفة بـ (mRNA) ذات
المغزى التي تترجم إلى سلاسل
بروتينية، ، ، [انظر إلى الرسم
التوضيحي]. لكن في عام 1980 أثبت
Randolph Wall من جامعة كاليفورنيا في
لوس أنجليس بِأَنَّ وجهةِ النظر
هذه لتظفير ( splicing ) لpremRNA ،
التي يتم فيها التخلص من كُلّ
introns والاحتفاظ بكُلّ exons في mRNA،
لا تَصْحُّ دائماً. في الحقيقة،
المكائن الخلوية يُمْكِنُ أَنْ
"تُقرّرَ" أخرج exon أَو
تَرْك intron، أَو جزء منه، في
النسخةِ النهائية للــ mRNA
هذه القدرةِ على تعديل نسخِة ال
pre-mRNA يُمْكِنُ أَنْ تَزِيدَ
من طرق استخدام الجينِ الواحد
بشكل ملحوظ وتَعطي آليةِ
التظفير ( splicing ) قوَّةَ كبيرةَ
لتَحديد كيفية وكمية إنتاج
نوعِ ما من البروتينِ في الخلية
والأنواعِ المحتملةِ الأخرى
كذلك والتي تشفر بنفس الجينِ.
في 1984 Tom Maniatis, Michael Green
وزملائهم في جامعةِ هارفارد
طوّروا إجراء مختبري لكَشْف
المكائنِ الجزيئيةِ التي تُؤدّي
لقطع introns وإلصاق exons. وتفاصيل
طرقِ عَمَلها، ونظامِ التحكم
الذي يُسيطرُ عليها، والذي ما
تزال البحوث جارية علية إلى حد
ألان، لكن هذا البحثِ كشف عن
نظامَ معقّدَ بشكل رائع وذو
تفاصيل ساحرة.
ماكنة التظفير (
Splicing )
في الكائنات الحية المعقّدةِ،
مستويان مُتميّزان مِنْ
الأجهزةِ الجزيئيةِ
المُشتَرَكة في تظفير نسخِ pre-mRNA.
ما يسمّى بالمكائنِ الأساسيةِ،
والتي تُوْجَدُ في كُلّ
الكائنات الحية التي تَحتوي
مورّثاتَهم introns، والتي حفظت
جيدا خلال مراحل التطوّري، مِنْ
الخميرةِ إلى البشرِ. وتشْملُ
خمسة أنواع من RNA الصغير (snRNA),
معرفة بــ U1, U 2, U 4,U 5 وU 6. تَتركب
هذه الجزيئاتِ مع ما يقارب من 150
بروتين لتَشكيل معقد الــ spliceosome
المسئول عن التعرف على مواقعِ
بداية ونهاية الــ introns ، حيث
يَقْطعُ introns خارج نسخةِ pre-mRNA
ويَنضمُّ إلى exons لتَشكيل mRNA.
أربع سلاسل نكليوتيدِ قصيرةِ
ضمن introns تَعْملُ كأشاراتِ لل Spliceosome
ليحدد مكان القَطعَ [انظرإلى
الرسم التوضيحيِ]. تَوجد إحدى
إشاراتِ القطع هذه في بِداية intron
وتُدْعَى (five-prime) البداية
الخامسة لموقع القطع (splice )؛ أما
الآخرين، فيتواجدون في نهايةِ
intron، الذي يعرف بالمجموعة
الفرعَية Polypyrimidine
، وأخيرا موقع ، 3 _ (البِداية
الثلاثة) 3_ (three-prime) للقطع. نظام
تحكم أخر يُسيطرُ على عمليةِ
الرَبْط بتَوجيه المكائنِ
الأساسيةِ إلى هذه المواقعِ
الواصلةِ. أكثر مِنْ عشرة أنواع
مختلفة من بروتينات ( SR ) المنظمة
لعملية التظفير (القطع-الربط) تم
التعرف عليها. أشكالهم قَدْ
تَتفاوتُ في الأنسجةِ المختلفةِ
أَو مراحلِ النموِ في نفس
النسيجِ.
بروتينات الــ SR يُمْكِنُ أَنْ
ترتبط إلى سلاسلِ النكليوتيدِ
القصيرةِ ضمن exons لنسخةِ pre-mRNA.
مواضع الارتباط معروفة بمعززات
الربط في الأكسون exonic splicing enhancers
( ESE ) لانه متى ما ارتبطت أحد
بروتينات SR بأحد هذه ESE فان تلك
العملية تفعل مكائن snRNAs لفصل
القطع المجاورة لكلا نهايتي ال
exon ، مع ذلك فأن بروتينات SR
تستطيع الارتباط إلى ما يعرف ب
exonic splicing suppressor ( ESS ) ضمن سلسلة exon،
التي سَتَقْمعُ قدرةَ المكائنِ
الأساسيةِ للرَبْط بالارتباط
إلى نهاياتِ ذلك exon حتى لا يتم
فصل الــ exon خارج ال mRNA فوظيفة ال
ESS معاكسة لوظيفة ESE . تأثير تجاوز
exon واحد فقط يُمكنُ أَنْ يَكُونَ
دراماتيكيا على الكائن حي. ففي
ذبابِ الفاكهة، على سبيل
المثال، (بديل التظفير) alternative
splicing يُنظّمَ سيرورة التمايز
الجنسي. عند تحرير جين يدعى
Sex-lethal , exon مختص بالرجل قَدْ يتم
تجاوزه أثناء الرَبْط، يُؤدّي
إلى تكوين بروتين female-specific
Sex-lethal. ثمّ أن هذا البروتينِ
يُمْكِنُ أَنْ يَرْبطُ إلى أيّ
نسخه من pre-mRNA مِنْ نفس
الجينِ، ليَضْمنُ بأنّ كُلّ
عمليات التظفير اللأحقة سوف
تقوم بإخراج ال exon
المحدد لذكر ويَضْمنُ بأنّ
البروتين المحدد للأنثى
سَيُركّبُ. ولكن إذا تم فصل ال exon
المختص بالذكر في أثناء الدورة
الأولى مِنْ تَحرير mRNA ، فان ذلك
سيؤدي على أية حال , إلى تعطيل
كامل للــ mRNA الناْتج، وهذا ما
يجبر خلايا الذباب على الممرِ
المختص بإنتاج البروتين المحدد
لذكر. تجاوز إكسون (Exon skipping ) هو
أكثر الأنواعُ شيوعاً من أنواع
التظفير البديلِ في الثديياتِ.
لكن هنالك عِدّة أنواع أخرى تم
التعرف عليها أيضاً ، من ضمنها
تلك التي تُسبّبُ الاحتفاظ ب
introns في mRNA البالغة، ,وهي سائدةُ
جداً في النباتاتِ ,والأنواع
الدنيا من الكائنات المتعددة
الخلايا. الاحتفاظ بالـــ Intron من
المحتمل أنها من أولى أنواع
التظفير البديل التي ظهرت. وحتى
اليوم فأن مكائن الرَبْط في
الكائنات وحيدة الخلية ، مثل
الخميرةِ، تعمل بالتعرف على
الــ introns، بالمقارنة مع نظامِ SR
للكائنات الحية الأعلى، الذي
يتعرف على الــ exons. في نظامِ
unicellular، مكائن الرَبْط يُمْكِنُ
أَنْ تَتعرف فقط على سلاسلَ intron
لأقلِ مِنْ 500 نكليوتيدِ، والذي
يعمل بكفاءة للخميرةِ لأن لَديه
القليل جداً من introns، تتراوح
أطوالها في المتوسط بــ 270
نيكلوتيد. لكن كلما توسع الجينوم
أثناء التطورِ، فان امتدادات
intronicتتضاعف وتنمو ، ويبدو أن
آليات التظفير في الخلية أجبرت
مع التطور للانتقال من تميز
سلاسلَ intron القصيرة ضمن الـــ
exons إلى التعرف على exons القصير
وسط بحر الــ intronsالمتزايد.
إنّ جينَ تشفير البروتينِ
البشري في المتوسطِ، على سبيل
المثال، يتكون من 28,000 نكليوتيدُ
، يحتوي 8.8 exons مفَصولهَ ب7.8 intron
, الــ exons قصيره نسبياً، عادة
حوالي 120 نكليوتيدَ، بينما introns
يُمْكِنُ أَنْ يَتراوحَ مِنْ 100
إلى 100,000 نكليوتيدِ. حجم وكمية
introns في ألإنسان والتي تعتبر
الأعلى لكلّ جينِ في كل الكائنات
الحية مسألة مثيرة للإهتمام.
وجود كمية كبيرة من Introns تعتبر
مسألة مكلفة وتحتاج مجهود كبير
لصيانة. جزء كبير مِنْ الطاقةِ
التي نَستهلكُها كُلّ يوم
يكرّسُ إلى صيانةِ وتصليحِ introns
في نسختهم من الــ DNA وفي
أستنساخ pre-mRNA وأزالت الـ introns،
وفي هضم وتحليل ال introns في نهايةِ
عملية التظفير. علاوة على ذلك،
هذا النظامِ يُمْكِنُ أَنْ
يُسبّبَ أخطاءَ مكلفة. كُلّ خطاء
في القص واللصق للpre-mRNA
يُؤدّيانِ إلى تغيرات في سلسلة
mRNA المشفرة للبروتين ومن
المحتمل ان تكون بروتين معيب.
فعلى سبيل المثال، مرض مَوْرُوث
أقوم بالتحري عنه، وهو خلل في
الجهاز اللاإرادي (familial dysautonomia )
، ناتج مِنْ طفرة في أحد
نكليوتيدِ في جين يدعى بــ IKBKAP
الذي يتسبب بضرر في أنسجةِ
النظامِ العصبيةِ. خلال في عملية
ال(التظفير البديل) للجين
المسئول عن بروتينِ Ikbkap يؤدي
إلى نقص في هذا البروتين في
النظامِ العصبيِ، ونتيجة النقص
في بروتين IKBKAP تؤدي إلى نمو غريب
في الجهاز العصبي وحولي نِصْفِ
عدد المرضى بهذا المرضِ تموت قبل
عُمرِ 30 سنة. على الأقل 15
بالمائة مِنْ طفرات الجينَات
التي تنتج الأمراضَ الوراثيةَ (ومن
المحتمل بَعْض أمراضِ السرطان
أيضاً) تَعْملُ ذلك بالتأثير على
عملية التظفير في pre-mRNA . لماذا
إذن التطور أبقىَ على مثل هذا
النظامِ المعقّدِ القادر على
تسبّب بالأمراضِ؟؟؟ ربما لأن
الفوائد أعظم كثيراً مِنْ
المخاطر !!!.
فوائد البدائلِ
بتَوليد أكثر مِنْ نوع واحد مِنْ
أنواع mRNA، يمكن بالتالي تكوين
أكثر مِنْ بروتين واحد لكلّ
جينِ، فان التظفير البديل
يَسْمحَ للبشرِ بالتأكيد بصناعة
أكثر مِنْ 90,000 بروتين بدون
الحاجة لإبْقاء على 90,000 جينَ. في
المعدل، كُلّ جين مِنْ جيناتِنا
يُولّدُ حوالي ثلاثة أنواع من
mRNAs من خلال التظفير البديل. لكن
ذلك الأمر ما زالَ لا يفسر
حاجتَنا لهذا العدد الضخم من
الـــ introns والذي يَحتلّونَ
أغلبية المساحة ضمن الجيناتِ،
بينما يترك لسلاسلَ exonic فقط 1 إلى
2 بالمائة مِنْ مساحة الجينوم.
الشمبانزي
والبشر يَشتركانِ في 99 بالمائة
من مورّثاتِهم، ضمن ذلك
العناصرِ الوراثيةِ النقَّالةِ
الصغيرة جداً، المسمّاة Alus،
والتي وجدت فقط في القردة العليا.
Alus لَرُبَما ,ومن خلال التظفير
البديلِ تسببت بنشؤ نوع جديد من
البروتينِ الذي قادَ إنجرافَ
قردةِ العليا بعيدا عن
الثديياتِ الأخرى. إنحراف
البشرِ عنْ قرودِ الأخرى
لَرُبَّمَا أيضاً يعود فضلة إلى
التظفير البديل: أظهرت
الدِراساتَ الأخيرةَ بأنّ
جيناتَ البشرِ و شمبانزي
متتاطبقة تقريباً في إنتاج معظم
البروتينِ في أكثر الأنسجةِ،
ماعدا في أجزاءِ من الدماغِ، حيث
أن بَعْض الجيناتِ الإنسانيةِ
أكثر نشاطاً وبعضها يولد
بروتينات مختلفة كليا عن طريق
آليات الربط البديل من نفس نسخة
الجين المشتركة.
بعد أن تم فك الجينوم في
عام 2001 انكشفت هذه الصورة
للجينوم التي تبدو فارغة
،وهنالك لغزََ آخر ظَهرَ أيضا
عندما تم فك جينوم الفأر عام 2002.
ظَهرَ أن فأر يَمتلكُ تقريباً
نفس عددِ الجيناتِ الإنسان.
بالرغم من مرور 100 مليون سنة
تقريباً منذ وجود السلف المشترك
للاثنين، تَشتقُّ الأغلبيةَ
الواسعةَ لجيناتِ الفأرَ
والإنسانَ مِنْ ذلك السلفِ. أغلب
هذه الجينات يَشتركُ في نفس
ترتيب الـــــ intron و exon، وسلاسل
النكليوتيدَ ضمن exons متماثلة
أيضاً إلى درجة عالية. لذا
السؤال يُصبحُ، إذا كان كانت
هنالك فروق بسيطة في الجينوم بين
الفأر والإنسان ما الذي يجعلنا
مختلفين جدا عن القوارضِ؟؟!
Christopher J. Lee and Barmak Modrek من U.C.L.A
كَشفَا مؤخراً بأنّ رُبْعَ
التظفير البديل في exons متمايز
سوى للإنسانِ أَو للفأرِ. هكذا،
فان هذه الــ exons لديها
الإمكانيةُ لتخليق أنواع مختلفة
من البروتينات التي يُمكنُ أَنْ
تكُونَ المسئولة عن التنوع
الموجود بين الأنواعِ. في
الحقيقة، فان نوعا واحد مِنْ
مجموعةِ التظفير البديل لل exons
مميز لمجموعة قرودِه العليا
(humans, apes and monkeys) ولَرُبَّمَا
ساهمَ في تمايز القرودِ عن
الثديياتِ الأخرى. بدِراسَة
الآلية التي أدت بهذه الـــ exon
لتكون، نحن نستطيع أن نرى أهمية
introns عُموماً، والطاقة التي تنفق
من أجلها ونستطيع تفهم سبب ذلك.
هذا الــ exons المميز للقردة
العليا ناتج مِنْ عناصرِ
الوراثيةِ متنقَّلةِ (Mobile genetic
element ) تدعى Alus، والتي تَعُودُ
إلى صنف واسع مِنْ العناصرِ
المعروف بسلاسلِ retrotransposons
القصيرة لـ DNA التي يَبْدو أن
وظيفتَها هي تُولّدَ نسخَ
لأنفسهم وبعد ذلك يُعيدونَ
إدخال تلك النسخِ إلى مواقع
عشوائية في الجينوم ، هي شبيهه
إلى حدّ ما بطفيليات الجينيّة
الصَغيرة. Retrotransposons توجد تقريبا
في كُلّ الجينوم، ولديهم تأثير
عميق بالمُسَاهَمَة في التوسّعِ
الجينيِ الذي رافقَ تطورَ
الكائنات حية المتعددة الخلايا.
تقريباً نِصْف الجينوم
أللإنساني يتكون من عناصرِ
transposable.وعناصر Alus هي الأكثر
وفرةً. عناصر Alu تتكون فقط من300
نكليوتيدَ مَع سلسلة مُتميّزة
التي تَنتهي بـــ "متعدّد
الذيل A." “poly-A tail.”
يَحتوي مورّثُنا حوالي 1.4 مليون
نسخهَ من Alu، والعديد مِنْ
عناصرِ Alu هذه تُواصلُ
مُضَاعَفَة وإدْخال أنفسهم في
مواقعِ جديدةِ في المورّثِ
حوالي بنسبة إدخالَ جديدَ واحدة
لكلّ 100 إلى 200 ولادةِ ِ.
إُعتبرَ Alus لا شيءَ أكثر من مجرد
قمامة جينيّة لمدة طويلة،
لَكنَّهم بَدأوا يحضون بشي من
الاحترام عندما ادرك العلماء
كيف أن إدخال Alu يُمْكِنُ أَنْ
يَوسع قدرة تَوليد الجينِ
للبروتينِ. حوالي 5 بالمائة من
الأكسون المظفرة بدلياً (alternatively
spliced exons) في الجينوم البشري
تحتوي على سلسلةَ Alu. هذه exons على
الأغلب نَشأتَ عندما"قَفزتَ"
عنصرَ Alu إلى intron ، حيث الإدخال
عادة لَنْ يَكونَ عِنْدَهُ أيّ
أثار جانبية للفرد لأن أكثر introns
يتم فصلة خارج ونَبذَه. خلال
الطفرات اللاحقِ، على أية حال،
يُمْكِنُ للــ Alu أَنْ يحولَ intron
الذي يَستقرُّ فيه إلى إلى سلسلة
ذات مغزى مِنْ المعلوماتِ
الوراثية اوِ exon. هذه يُمْكِنُ
أَنْ يحْدثَ إذا أحدثت
التغييراتِ في سلسلةِ Alu موقع
جديدة من 5 _ أَو 3 _ ضمن الــ intron،
مما يُسبّبُ بأن جزءَ من الــ
intron سَيُعْرَفُ ك"exon" مِن
قِبل spliceosome. ( مثل هذه الطفرات
تحدث في العادة أثناء إنقسامِ
الخليةِ، عندما يتم استنساخ
الجينوم و "الخطأ المطبعي"
يدخل. ) إذا تكون Alu exon الجديد
الناتج من التظفير البديل
(alternatively spliced ) فان الكائن الحي
يستطيع التمتع أفضل إحتمالين
ممكنين. بتَضْمين Alu exon، فأن
الخلية يُمْكِنُ أَنْ تُنتجَ
بروتين مبتكر. لكن القابليةَ
الجديدةَ لا تَتدخّلُ مع وظيفةِ
الجينَ الأصليةَ، لأن الأنواعَ
القديمةَ لmRNA أيضاً ما زالَتْ
تصنع وتعمل عندما يتم تصنيع Alu exon
. فقط عندما يصبحَ Alu مَرْبُوطاً
بشكل جوهري ودائم إلى كُلّ نسخ
mRNAs للجينِ يُصبحُ مشكلة،
لأنه يُمْكِنُ أَنْ يُسبّبَ
أمراضَ وراثيةَ سببها غيابِ
البروتينِ القديمِ. حتى الآن،
ثلاثة من الأمراضِ الوراثيةِ
مُيّزتْ سببها سلاسلِ Alu في غير
مكانهة: متلازمة Alport
ومتلازمة Sly ونقص OAT. أنا وزملاء
أخرون أثبتنا بأنّ كُلّ ما
تحتاجه بعض العناصر الصامتة
intronic Alu لتتَحويل إلى exons حقيقي
هو تغير حرف واحد فقط في سلسلة
الــ DNA . في الوقت الحاضر،
يَحتوي المورّثَ الإنسانيَ
تقريباً 500,000 عناصرَ من Alu موجودة
ضمن introns، و25,000 مِنْ أولئك
يُمْكِنُ أَنْ يُصبحَ exons جديد
بحدوث طفرة نقطة واحدة. هكذا،
فأن سلاسل Alu لَها الإمكانيةُ
للمُوَاصَلَة في أغناء سهم
المعلوماتِ ذات المغزى
الوراثيةِ المتزايدة لإنْتاج
بروتينِات بشرية جديدِة.
علاج ال RNA
أكثر مِنْ 400 مختبر وحوالي 3,000
عالمَ حول العالم تُحاولُ فَهْم
ردودِ الأفعال المعقّدةِ جداً
التي تتم في عملية رَبْط البديلِ.
بالرغم من أن هذا الأبحاث ما
زالَت في بدايتها، إلا أن هؤلاء
الباحثين يتفقون بأن نتائج
البحوث تشير إلى وجود تطبيقاتِ
علاجّيةِ مستقبليةِ، مثل
إستراتيجياتِ العلاج بالجيناتِ
الجديدةِ التي تَستغلُّ آليةَ
الرَبْط في الإمراض سوى
المكتسبة أو الموروثة، مثل
السرطانِ.
أحد هذه التوجهات العلاجية هو
نحو تصنيع أَجزء قصيرة من
السلاسل النيكلوتيدة DNA أو
المسمّاة antisense oligonucleotides
المصممة لترتبط بأهداف محددة
على DNA أو RNA المريض. (antisense
oligonucleotides ) يُمْكِنُ لها أن تكمم
موقع تظفير محدد أو توقف إنتاج
سلسلة تحكم ، بذلك تحوّلُ نشاطَ
الرَبْط إلى الموقعِ الآخرِ.
Ryszard Kole من جامعةِ كارولاينا
الشّمالية في البداية أستخدم
هذه التقنيةِ على خلايا الدمِّ
السَلفيةِ في الإنسان (progenitor cells
) مِنْ مريض مصاب بالوراثة بمرض
يدعى beta-thalassemia ، والذي ينشاء
بسبب موقع 5 _ ضال, الموقع
المربوط يتسبب لجزيئاتَ
هيموغلوبينِ الحاملة
للأوكسجينِ بتشوه. بإخْفاء
التغيرِ، بتغطية الموقع 5_ الضال
بــ antisense oligonucleotides أستطع Kol
أرجع عمل الربط إلى الموقعِ
الطبيعيِ وأعاد إنتاجَ
الهيموغلوبينِ الوظيفيِ.
لاحقاً، أثبت Kole بأنّ نفس
التقنيةِ يُمْكِنُ أَنْ
تُستَعملَ على خلايا السرطانِ
الإنسانيةِ التي تمت استزراعها
مختبرياً. بإخْفاء موقع 5 _
للــجين Bcl x المنظم لل
apoptosis ، فلقد تمكن من تَحريك
نشاطِ الرَبْط ( spilicing ) لتَوليد
شكل Bcl x (S) من الجين على mRNA بدلاً
مِنْ Bcl x (L) ، مما أدى إلى تناقص
إنتاج خلايا سرطانَ لبروتينِ
antiapoptotic وزداياد إنتاج بروتينِ
proapoptotic. في بَعْض خلايا
السرطانِ، هذا التغييراتِ
تنشّطُ برنامجَ apoptotic؛ أو الموت
المبرمج . الطريق الآخر
لإسْتِعْمال آليةً التظفير (الربط)
البديل للعلاجِ عُرِضَت في 2003
مِن قِبل أدريان Adrian Krainer and Luca
Cartegni من مختبرِ Cold Spring Harbor Laboratory
in Long Island, N.Y. والذين وجدوا طريق
لإقْناع الخلايا لرَبْط ال exon
الذي سيتم فصلة. خَلقوا جزيئه
صناعية يمكنها أَنْ تُبرمجَ
للرَبْط إلى أيّ قطعة من ال RNA
طبقاً لسلسلتِها، ثمّ رَبطه
بجزءَ RNAالمرتبط ببروتينِ
SR. هذه الجزيئةِ يُمْكِنُها أن
تربط على أي موقع في سلسلة pre-mRNA
وتوجه المكائنَ الأساسيةَ إلى
إشارةِ الربط الملائمةِ.
إستعملَ Krainer وCartegni هذه الطريقةِ
على الخلايا البشرية التي
استنبتت في طبق إستزراع
لتَصحيح عيوب الربط في النسخة
المُتطفرة من جين BRCA1، والمتسبب
في سرطان الثدي، و جين SMN2
الطافر، الذي يتسبب في الضمورَ
العضليَ الشوكيَ. رغم ذلك هنالك
مقاربة علاجية ثالثة تستغل
قدرةِ spliceosome على ضم جزئيين من
pre-mRNA مِنْ نفس الجينِ لتَشكيل
مركّب mRNA. يطلق علية عبرُ
رَبْط أو trans-splicing ، وهو شائع في
الديدانِ لكن يَحْدثُ نادراً في
الخلايا البشرية. إجْبار spliceosome
على عملية trans-splicing يُمْكِنُ
أَنْ تَسْمحَ بتحديد المنطقة
الطافرة لpre-mRNA والمسئولة عن
المرضِ بدقة واستبداله بسلسلة
تشفير البروتينِ الطبيعيةِ.
إستعملَ مؤخراً John Englehardt من
جامعةِ آيوا هذه التقنيةِ في
مستنبت خلايا لتَصحيح الـ pre-mRNA
لجين ينتج بروتين معيب في خلايا
الخط الجوي (airway cells ) التي تعاني
من التلييف الكييسي. قبل أن يتم
فك الجينوم البشري ، فقط القليل
جدا من العلماءَ أعتقد بأن كائن
حي معقد كالإنسان يمكن ِ
يُمْكِنُه أَنْ يحيا ب 25,000 جين
فقط. ومنذ أن أكتمل فك الجينوم،
فأن آلية التظفير البديل
ظُهِرتَ كعملية محورية تَسْمحُ
لعدد صغير مِنْ الجيناتِ
لتَوليد تشكيلةِ متنوعة وكبيرة
من البروتينات والتي يحتاجها
الجسمِ بينما يُنظّمِ صناعتَها
بدقة في الأنسجةِ المختلفةِ وفي
الأوقاتِ المختلفةِ. علاوة على
ذلك، فأن آلية التظفير ( splicing )
تفسر التنوع الكبيرَ بين
البشرِ، والفئران ومن المفترض
أن كُلّ الثدييات يُمْكِنُ أَنْ
تَنْشأَ بنفس تشكيلة الجينوم
تلك. التطورِ يعمل بتَقديم
خيرات متعددة جديدةِ للكائنات
الحية ، ثمّ يَختارُ منها الأصلح
التي تَمْنحُ فائدة ويستبعاد
الأخرىً. هكذا، فمن المحتمل أن
بروتين متخلق بواسطة عملية
التظفير في exons منتج بسبب
Alu (Alu-derived exons ) هو ما جعل
البشرِ ما نحن علية اليوم.
والبحوث في مجال التظفير البديل
مازالت واعدة وتحمل أمال عظيمة
لتحقيق إنجازات رائعة لمستوى
رفاه الإنسان
**الكاتب:
محاضر كبير في قسمِ عِلْمِ
الوراثة الإنسانيِ والطبِّ
الجزيئيِ بكليّة تل أبيب
الطبيّة الجامعية في إسرائيل.
يُركّزُ بحثُه على التأثير
الجزيئي تظفير pre-mRNA، على التطور
وتأثيرات التظفير على العيوبَ
ارتبطت بأمراضِ سرطان وأمراضِ
وراثية. تَعاونَ مؤخرا مع علماءَ
ً في Compugen لتَطوير bioinformatics system
لتَوَقُّع أحداثِ التظفير
البديل لاكتشاف البروتينِات
المبتكرةِ
مصادر:
دور الميتاكوندري في تحديد تاريخ الانسان
الوراثة اللاجينية
دور الجينات القافزة في التطور
ماترتب على مشروع الجينوم الانساني
غرابة الصبغي الذكوري
الصبغي الذي يتزاوج مع نفسه
مالذي يجعلنا بشر وليس دجاج
من هي حواء الميتاكوندرية
بصمة الحمض النووي
جدول قرابة الانسان مع الحيوان
البرنامج الوراثي المخفي للكائنات المعقدة
قوى خفية تتحكم بالتطور
علم الجينات
| |
|
اليوم في 1:32 pm من طرف