معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ونضجه

في حقيقيات النوى، لا يخرج الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) من عملية النسخ جاهزًا للاستخدام. يجب أن تتم إضافة قبعة (cap) إلى طرفه 5'، وإزالة الإنترونات عن طريق التوصيل (splicing)، وشقه وإضافة ذيل عديد الأدينين (polyadenylated) إلى طرفه 3' قبل أن يتم تصديره من النواة وترجمته. تحول هذه الخطوات المعالجة المترافقة النسخة الأولية إلى حمض نووي ريبوزي رسول ناضج ومستقر وقابل للترجمة.

Definition

معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول ونضجه هي مجموعة من التفاعلات التي تحدث بعد النسخ—إضافة القبعة 5'، وإزالة الإنترونات عن طريق التوصيل، وشق الطرف 3' وإضافة ذيل عديد الأدينين—والتي تحول الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA) في حقيقيات النوى إلى حمض نووي ريبوزي رسول ناضج، قابل للتصدير، وقابل للترجمة.

Scope

يغطي هذا الموضوع الخطوات الرئيسية الثلاث التي تتم أثناء النسخ وبعده والتي تؤدي إلى نضج الحمض النووي الريبوزي الرسول في حقيقيات النوى—إضافة القبعة 5' (5' capping)، والتوصيل (splicing)، وشق/إضافة ذيل عديد الأدينين 3' (3' cleavage/polyadenylation)—بالإضافة إلى الترابط بينها، والتصدير النووي، ومسارات مراقبة الجودة التي ترصد النسخ الشاذة. يتم تناول التوصيل بعمق في موضوع خاص به؛ وهنا هو مرحلة واحدة في مسار النضج. هذا المدخل هو مرجع تعليمي.

Core questions

• ما هي التعديلات التي تحول الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي إلى حمض نووي ريبوزي رسول ناضج وظيفي؟
• كيف ترتبط إضافة القبعة، والتوصيل، وإضافة ذيل عديد الأدينين بالنسخ وببعضها البعض؟
• كيف تتعرف الخلية على النسخ المعالجة بشكل غير صحيح وتتخلص منها؟
• كيف تؤثر ميزات المعالجة مثل القبعة وذيل عديد الأدينين على الترجمة والاستقرار اللاحقين؟

Key concepts

• قبعة 7-ميثيل غوانوزين 5'
• شق 3' وإضافة ذيل عديد الأدينين
• الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي والحمض النووي الريبوزي الرسول الناضج
• الاقتران أثناء النسخ
• التصدير النووي للحمض النووي الريبوزي الرسول
• مراقبة الحمض النووي الريبوزي الرسول والتحلل بوساطة الكودون عديم المعنى
• الحمض النووي الريبوزي التحفيزي في المعالجة

Mechanisms

بينما يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي II بنسخ الجين، يتم إضافة قبعة 7-ميثيل غوانوزين (7-methylguanosine) إلى الطرف 5' الوليد، مما يحمي النسخة ويتم التعرف عليها لاحقًا بواسطة آلية الترجمة. يتم استئصال الإنترونات وربط الإكسونات عن طريق التوصيل، ويتم شق الطرف 3' في موقع محدد وتمديده بذيل عديد الأدينين (poly(A) tail). ترتبط هذه الأحداث فيزيائيًا بالبوليميراز وببعضها البعض، بحيث تحدث المعالجة إلى حد كبير بينما لا يزال النسخ مستمرًا. يتم تصدير الحمض النووي الريبوزي الرسول الناضج، المميز بقبعته وذيل عديد الأدينين، إلى السيتوبلازم؛ كما تساعد القبعة والذيل في تحديد الرسالة لبدء الترجمة بكفاءة. يتم التعرف على النسخ التي تم توصيلها بشكل خاطئ أو التي تحمل كودونات توقف مبكرة بواسطة مسارات المراقبة ويتم تحللها، مما يوضح التحكم الصارم في الجودة على المجموعة الناضجة. وقد ثبت أن الحمض النووي الريبوزي نفسه يمكن أن يحفز كيمياء المعالجة باكتشاف الإنترونات ذاتية التوصيل (self-splicing introns).

Clinical relevance

تساهم العيوب في إضافة القبعة إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول، وإضافة ذيل عديد الأدينين، والمراقبة في الأمراض البشرية، وتعد القبعة وذيل عديد الأدينين من السمات التصميمية المركزية للقاحات والعلاجات القائمة على الحمض النووي الريبوزي. يصف هذا المدخل تلك البيولوجيا كخلفية تعليمية وليس أساسًا للتشخيص الفردي أو قرارات العلاج.

History

أدى الإدراك في أواخر السبعينيات بأن الجينات حقيقية النوى منقسمة، مع إكسونات مشفرة تتخللها إنترونات يجب إزالتها، إلى تحويل النظرة إلى التعبير الجيني وجعل المعالجة سمة مميزة للحمض النووي الريبوزي الرسول في حقيقيات النوى. تم وصف القبعة 5' وذيل عديد الأدينين 3' خلال نفس الفترة، وأظهر الاكتشاف اللاحق أن بعض الإنترونات ذاتية التوصيل يمكن أن تحفز نضجها الخاص.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Thomas Cech
• Aaron Shatkin

Seminal works

• kruger-1982
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

ما هي الخطوات الرئيسية الثلاث التي تؤدي إلى نضج الحمض النووي الريبوزي الرسول في حقيقيات النوى؟

إضافة قبعة 7-ميثيل غوانوزين 5'، وإزالة الإنترونات عن طريق التوصيل، وشق الطرف 3' متبوعًا بإضافة ذيل عديد الأدينين.

لماذا تعتبر القبعة وذيل عديد الأدينين مهمين بعد المعالجة؟

إنهما يثبتان الحمض النووي الريبوزي الرسول ويتم التعرف عليهما بواسطة آلية الترجمة، مما يساعد على ترجمة الرسالة الناضجة بكفاءة؛ كما أنهما يميزان النسخة على أنها معالجة بشكل صحيح للتصدير.