الحمض النووي الريبوزي غير المشفر ووظائفه التنظيمية

يتم نسخ جزء كبير من الجينوم إلى جزيئات حمض نووي ريبوزي (RNA) لا تُترجم أبدًا إلى بروتين. تعمل جزيئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفرة هذه—من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروية الصغيرة وجزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة إلى جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة—مباشرة كمنظمات، حيث توجه إسكات الرسائل، وتشكيل الكروماتين، وتعمل كسقالات للمجمعات الجزيئية. لقد أعاد اكتشافها تعريف الحمض النووي الريبوزي كعامل لتنظيم الجينات، وليس مجرد وسيط.

Definition

جزيئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفرة هي جزيئات حمض نووي ريبوزي لا تُترجم إلى بروتين، بل تقوم بوظائف هيكلية أو تحفيزية أو—وهو الأهم هنا—تنظيمية، بما في ذلك جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة التي توجه إسكات الجينات المعتمد على التسلسل، وجزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة التي تنظم النسخ والكروماتين.

Scope

يغطي هذا الموضوع الفئات الرئيسية من الحمض النووي الريبوزي التنظيمي غير المشفر، ومسارات تداخل الحمض النووي الريبوزي والحمض النووي الريبوزي الميكروي التي من خلالها تسكت جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة التعبير الجيني، والأدوار المتنوعة لجزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة. ويتناول هذه الآليات التنظيمية ضمن بيولوجيا الحمض النووي الريبوزي وهو تعليمي مرجعي، وليس إرشادًا سريريًا.

Core questions

• ما هي فئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفر التي تنظم التعبير الجيني، وكيف تختلف؟
• كيف تحقق جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة إسكاتًا محددًا للتسلسل من خلال تداخل الحمض النووي الريبوزي ومسار الحمض النووي الريبوزي الميكروي؟
• كيف تؤثر جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة على النسخ والكروماتين والمجمعات الجزيئية؟
• كيف غير اكتشاف جزيئات الحمض النووي الريبوزي التنظيمية النظرة إلى الجينوم؟

Key concepts

• الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA)
• الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA)
• تداخل الحمض النووي الريبوزي ومركب الإسكات
• الحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر (lncRNA)
• إسكات الجينات المحدد للتسلسل
• الحمض النووي الريبوزي كسقالة ومرشد
• الحمض النووي الريبوزي الداخلي المتنافس / امتصاص الحمض النووي الريبوزي الميكروي

Key theories

تداخل الحمض النووي الريبوزي

يتم معالجة الحمض النووي الريبوزي المزدوج السلسلة إلى أدلة قصيرة توجه الإسكات المحدد للتسلسل للنسخ المتكاملة؛ وقد ساعد تحديد إنزيم الريبونوكلياز الذي يبدأ هذه المعالجة في تحديد مسار إسكات الحمض النووي الريبوزي الصغير المحفوظ الذي تشترك فيه جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروية وجزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة.

Mechanisms

تتولد جزيئات الحمض النووي الريبوزي التنظيمية الصغيرة عندما تُقطع السلائف الأطول ذات السلسلة المزدوجة أو على شكل دبوس الشعر بواسطة إنزيمات الريبونوكلياز إلى جزيئات مزدوجة قصيرة؛ يتم تحميل أحد السلاسل في مركب مؤثر يستخدم الاقتران القاعدي للتعرف على جزيئات الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المستهدفة المتكاملة وتوجيه انشطارها أو تثبيط ترجمتها. تشترك جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة وجزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروية في منطق تداخل الحمض النووي الريبوزي هذا، حيث يتم ترميز الأخيرة في الجينوم لضبط التعبير عن العديد من الجينات المستهدفة. تعمل جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة من خلال مجموعة أوسع من الآليات—تتطوى في هياكل تجذب معدلات الكروماتين، وتوجه البروتينات إلى مواقع جينومية محددة، أو تعمل كسقالات وطعوم—بحيث يشارك الحمض النووي الريبوزي مباشرة في تنظيم النسخ وتنظيم الجينوم. تُظهر هذه الجزيئات معًا أن الكثير من الناتج التنظيمي للجينوم هو حمض نووي ريبوزي وليس بروتينًا.

Clinical relevance

تُدرس جزيئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفرة كمؤشرات حيوية وكأهداف أو عوامل علاجية، ويُعد مسار تداخل الحمض النووي الريبوزي أساسًا لفئة من الأدوية المثبطة للجينات. يصف هذا المدخل تلك البيولوجيا كخلفية تعليمية وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج الفردي.

History

أدى اكتشاف جزيئات الحمض النووي الريبوزي التنظيمية الصغيرة في الديدان وإثبات أن الحمض النووي الريبوزي المزدوج السلسلة يحفز إسكاتًا قويًا ومحددًا للتسلسل (تداخل الحمض النووي الريبوزي) إلى فتح مجال نما ليشمل جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروية، وجزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة، ومجموعة واسعة من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة. على مدى العقود التالية، أطاحت "ثورة الحمض النووي الريبوزي غير المشفر" بالافتراض القائل بأن التنظيم يتم بشكل رئيسي بواسطة البروتينات.

Debates

ما مدى انتشار ووظيفة امتصاص الحمض النووي الريبوزي الميكروي بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبوزي الأخرى؟

يُقترح أن بعض جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة والدائرية تعمل كجزيئات حمض نووي ريبوزي داخلية متنافسة تحبس جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروية، ولكن الأهمية الفسيولوجية لتأثير "الإسفنجة" هذا عند مستويات التعبير الداخلي لا تزال محل نقاش.

Key figures

• Victor Ambros
• Gary Ruvkun
• Andrew Fire
• Craig Mello
• Gregory Hannon

Seminal works

• bernstein-2001
• carthew-2009
• cech-2014

Frequently asked questions

إذا كانت جزيئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفرة لا تُترجم، فماذا تفعل؟

إنها تعمل كمنظمات وجزيئات هيكلية أو تحفيزية—على سبيل المثال، تسكت جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة رسائل محددة من خلال تداخل الحمض النووي الريبوزي، وتساعد جزيئات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة في التحكم في النسخ والكروماتين.

ما الفرق بين الحمض النووي الريبوزي الميكروي والحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير؟

كلاهما جزيئات حمض نووي ريبوزي قصيرة توجه الإسكات من خلال نفس الآلية الأساسية؛ يتم ترميز جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروية في الجينوم لتنظيم العديد من الجينات الداخلية، بينما تنشأ جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة عادةً من الحمض النووي الريبوزي المزدوج السلسلة الأطول وتسكت الأهداف المتكاملة للغاية.