تكشف دراسة جديدة عن آلية لإنشاء متناظرات الحمض النووي التي تؤدي إلى جينات microRNA جديدة، مما قد يؤثر على فهمنا لأصول الجينات وهياكل الحمض النووي الريبي (RNA).
اكتشف الباحثون في جامعة هلسنكي آلية تخلق على الفور الحمض النووي تؤدي المتناوبات إلى تكوين جينات microRNA جديدة من تسلسلات الحمض النووي غير المشفرة. تم هذا الاكتشاف أثناء دراسة أخطاء تكرار الحمض النووي وتأثيرها الحمض النووي الريبي توفر الهياكل الجزيئية رؤى جديدة حول الأصول الجينية.
إن تعقيد الكائنات الحية مشفر داخل جيناتها، ولكن من أين تأتي هذه الجينات؟ تمكن باحثون من جامعة هلسنكي من حل الأسئلة العالقة حول أصل الجينات التنظيمية الصغيرة، ووصفوا الآلية التي تشكل بها متناظرات الحمض النووي. في ظل الظروف المناسبة، تتطور هذه المتناظرات إلى جينات microRNA.
الجينات والبروتينات: اللبنات الأساسية للحياة
في الجينوم البشري كاليفورنيا. يتم استخدام 20 ألف جين لصنع البروتينات. يتم تنسيق أعمال هذه الجينات الكلاسيكية بواسطة آلاف الجينات التنظيمية، أصغرها يقوم بتشفير جزيئات microRNA بطول 22 زوجًا أساسيًا. على الرغم من أن عدد الجينات ثابت نسبيًا، إلا أن جينات جديدة تظهر أحيانًا أثناء التطور. مثل أصل الحياة البيولوجية، فإن ظهور جينات جديدة أذهل العلماء.
حل اللغز المتناوب
تتطلب جميع جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) سلسلة متناوبة من القواعد التي تحبس الجزيء في شكله الوظيفي. والأهم من ذلك، أن فرص حدوث طفرات أساسية عشوائية تنتج مثل هذه المسارات المتناوبة تدريجيًا تكون ضئيلة جدًا، حتى بالنسبة لجينات الرنا الميكروي البسيطة. ومن ثم، فإن أصل هذه التسلسلات المتناوبة قد حير الباحثين. وقد حل خبراء من معهد التكنولوجيا الحيوية في جامعة هلسنكي في فنلندا هذا اللغز ووصفوا آلية يمكنها على الفور توليد متناظرات الحمض النووي الكاملة.
ذكاء تكرار الحمض النووي
في مشروع ممول من الأكاديمية الفنلندية، درس الباحثون الأخطاء في تكرار الحمض النووي. يقارن قائد المشروع آري لويدينوجا تكرار الحمض النووي بكتابة النص.
“يتم نسخ الحمض النووي قاعدة واحدة في كل مرة، وعادة ما تكون الطفرات عبارة عن أخطاء قاعدية مفردة، مثل الكتابة الخاطئة على لوحة مفاتيح الكمبيوتر المحمول. لقد درسنا الآلية التي يتم من خلالها حدوث أخطاء كبيرة، مثل نسخ ولصق النص من بيئة أخرى. لقد كنا مهتمين بشكل خاص في الحالات التي يتم فيها نسخ النص إلى الخلف، مما يؤدي إلى تكوين متناظر.
درس الباحثون آلية الخطأ في تكرار الحمض النووي، ولاحظوا أن بعض الأخطاء تخلق متناظرات تطوى في هياكل دبوس الشعر. الائتمان: آري Loydinoja
هياكل الحمض النووي الريبي (RNA) وأخطاء الحمض النووي (DNA).
لقد أدرك الباحثون أن أخطاء نسخ الحمض النووي يمكن أن تكون مفيدة في بعض الأحيان. وقد أبلغوا هذه النتائج إلى ميكو فريلاندر، الخبير في بيولوجيا الحمض النووي الريبي (RNA). لقد رأى على الفور الارتباط ببنية جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).
ويوضح قائلاً: “في جزيء الحمض النووي الريبي (RNA)، يمكن للمواقع المتناظرة المتجاورة أن تتحد معًا لتشكل هياكل تشبه دبوس الشعر. مثل هذه الهياكل مهمة لوظيفة جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).”
قرر الباحثون التركيز على جينات microRNA بسبب بنيتها البسيطة: الجينات قصيرة جدًا – فقط بضع عشرات من القواعد – ويجب أن تطوى في بنية دبوس الشعر لتعمل بشكل صحيح.
تتمثل الرؤية المركزية في نمذجة التاريخ الجيني باستخدام خوارزمية حاسوبية مخصصة. ووفقا لباحث ما بعد الدكتوراه هيلي مونتينين، فإن هذا يتيح إجراء أقرب فحص لأصول الجينات حتى الآن.
“إن الجينومات الكاملة لعشرات الآلاف من الحيوانات والثدييات معروفة. ومقارنة جينوماتها تكشف ما صِنف يتكون microRNA من زوج متناظر، وهو غائب. يقول مانتينن: “من خلال النمذجة التفصيلية للتاريخ، يمكننا أن نرى أن المتناظرات بأكملها يتم إنشاؤها بواسطة أحداث طفرية واحدة”.
تعد نمذجة التاريخ الجيني باستخدام معلومات من الكائنات الحية ذات الصلة بمثابة رؤية مركزية. أظهرت النمذجة أن متناظرات جينات microRNA تتشكل من خلال أحداث طفرية واحدة. الائتمان: آري Loydinoja
الآثار والعالمية
ومن خلال التركيز على البشر والرئيسيات الأخرى، أثبت الباحثون في هلسنكي أن الآلية المكتشفة حديثًا يمكن أن تفسر ما لا يقل عن ربع جينات microRNA الجديدة. وكما لوحظت ظواهر مماثلة في سلالات تطورية أخرى، يبدو أن نمط الأصل عالمي.
من حيث المبدأ، فإن ظهور جينات microRNA أمر سهل للغاية لدرجة أن الجينات الجديدة يمكن أن تؤثر على صحة الإنسان. ترى هيلي مونتينن أهمية الخلق على نطاق أوسع، على سبيل المثال في فهم المبادئ الأساسية للحياة البيولوجية.
ويسلط الضوء على أن “ظهور جينات جديدة من العدم قد أذهل الباحثين. لدينا الآن نموذج أنيق لتطور جينات الحمض النووي الريبي”.
وعلى الرغم من أن النتائج تعتمد على جينات تنظيمية صغيرة، إلا أن الباحثين يعتقدون أنه يمكن تعميم النتائج على جينات وجزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى. على سبيل المثال، باستخدام المواد الخام الناتجة عن آلية مكتشفة حديثًا، يمكن للانتقاء الطبيعي إنتاج هياكل ووظائف RNA أكثر تعقيدًا.
ونشرت الدراسة في بناس.
المرجع: هيلي آم مونتينين، ميكو ج. فريلاندر وآري لويتينوجا، 29 نوفمبر 2023، “إنشاء جزيئات دي نوفو ميرنا من تبديل القالب أثناء تكرار الحمض النووي” وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2310752120