الجينات المشفرة للبروتين وغير المشفرة

ليس كل جين ينتج بروتينًا. تُنسخ الجينات المشفرة للبروتين إلى حمض نووي ريبوزي رسول (mRNA) يُترجم إلى بروتين، بينما تنتج الجينات غير المشفرة جزيئات حمض نووي ريبوزي وظيفية تعمل كحمض نووي ريبوزي - تنظم أو تعالج أو تدعم جزيئات أخرى. يميز ترميز الجينوم بين هذه الفئات، وقد تبين أن الجينات غير المشفرة تفوق بكثير العدد الذي كان يُفترض سابقًا للجينوم المكون من البروتينات فقط.

Definition

يُنسخ الجين المشفر للبروتين إلى mRNA يُترجم إلى بروتين؛ بينما يُنسخ الجين غير المشفر إلى حمض نووي ريبوزي وظيفي (مثل حمض نووي ريبوزي طويل غير مشفر، أو حمض نووي ريبوزي ميكروي، أو حمض نووي ريبوزي آخر غير مترجم) يؤدي دوره كحمض نووي ريبوزي دون أن يُترجم.

Scope

يغطي هذا الموضوع التمييز بين الجينات المشفرة للبروتين وغير المشفرة، والفئات الرئيسية للحمض النووي الريبوزي الوظيفي غير المشفر، وكيفية تعيين ترميز الجينوم للجينات لهذه الفئات. إنه مادة مرجعية وتعليمية؛ تُوصف الارتباطات المرضية للجينات غير المشفرة بمصطلحات عامة، وليس كإرشادات سريرية.

Core questions

• ما الذي يميز الجين المشفر للبروتين عن الجين غير المشفر؟
• ما هي الفئات الرئيسية للحمض النووي الريبوزي الوظيفي غير المشفر؟
• كيف يقرر ترميز الجينوم ما إذا كانت النسخة مشفرة؟
• لماذا تعتبر الجينات غير المشفرة مهمة بيولوجيًا على الرغم من أنها لا تنتج أي بروتين؟

Key concepts

• جين مشفر للبروتين
• الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)
• الحمض النووي الريبوزي غير المشفر (ncRNA)
• الحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر (lncRNA)
• الحمض النووي الريبوزي الميكروي والحمض النووي الريبوزي التنظيمي الصغير
• الحمض النووي الريبوزي الوظيفي مقابل التسلسل غير المترجم
• ترميز الجينوم وإمكانية الترميز

Mechanisms

تُنسخ الجينات المشفرة للبروتين، وتُعالج جزيئات الـ mRNA وتُصدّر، ثم تترجم الريبوسومات إطار القراءة المفتوح الخاص بها إلى بروتين. تُنسخ الجينات غير المشفرة ولكن منتجاتها تتطوى وتعمل كحمض نووي ريبوزي: يمكن للحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر أن يوجه معدلات الكروماتين، أو يدعم المركبات البروتينية، أو ينظم الجينات المجاورة، بينما تقترن جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة مثل الحمض النووي الريبوزي الميكروي بالرسائل المستهدفة للتحكم في استقرارها وترجمتها. تصنف مسارات الترميز النسخة بناءً على ميزات مثل وجود وحفظ إطار القراءة المفتوح للتمييز بين الجينات المشفرة وغير المشفرة.

Clinical relevance

نظرًا لأن الجينات غير المشفرة تنظم التعبير الجيني، فإن المتغيرات فيها أو في أهدافها يمكن أن تساهم في المرض على الرغم من عدم تغيير تسلسل البروتين؛ وبالتالي، فإن التعرف على ما إذا كان الجين مشفرًا أم غير مشفر يشكل كيفية تفسير المتغيرات. يوفر هذا الموضوع تلك الخلفية المفاهيمية للمرجعية والتعليم وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج الفردي.

Epidemiology

تشير ترميزات الجينوم على نطاق واسع إلى أن الجينوم البشري يحتوي على عدد من جينات الحمض النووي الريبوزي الطويلة غير المشفرة يضاهي عدد جيناته المشفرة للبروتين البالغ حوالي عشرين ألف جين، وأن جزءًا كبيرًا من الجينوم يُنسخ إلى حمض نووي ريبوزي غير مشفر، مما يؤسس الجينات غير المشفرة كمكون كمي رئيسي لمكمل الجينات بدلاً من كونها فضولًا ثانويًا.

Evidence & guidelines

يأتي فهرس الجينات البشرية غير المشفرة من ترميز منهجي للترانسكريبتوم: رسم مشروع ENCODE خريطة للنسخ المنتشر عبر الجينوم، وبنت الدراسات القائمة على GENCODE فهارس مرجعية للحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر تصف بنية جيناتها، وحفظها، وتعبيرها، والتي تعمل كمعيار للترميز.

History

لعقود من الزمن، كان الجين يُعادل وحدة مشفرة للبروتين، مع اعتبار الحمض النووي الريبوزي الهيكلي مجموعة صغيرة من الاستثناءات. كشفت دراسات الترانسكريبتوم في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين أن جزءًا كبيرًا من الجينوم يُنسخ إلى حمض نووي ريبوزي غير مشفر وأن آلاف الجينات الطويلة للحمض النووي الريبوزي غير المشفر موجودة، مما وسع تعريف الجين ليشمل منتجات الحمض النووي الريبوزي الوظيفية.

Debates

كم عدد النسخ غير المشفرة التي تعتبر وظيفية حقًا؟

ينتج النسخ المنتشر أعدادًا هائلة من الحمض النووي الريبوزي غير المشفر، لكن التمييز بين تلك التي لها وظيفة بيولوجية والضوضاء النسخية لا يزال محل جدل ويعتمد على الحفظ، وخصوصية التعبير، والأدلة التجريبية.

Key figures

• Roderic Guigó
• John Rinn
• Irene Bozzoni

Seminal works

• encode-2012
• derrien-2012
• cabili-2011

Frequently asked questions

إذا كان الجين غير المشفر لا ينتج بروتينًا، فماذا يفعل؟

منتج الحمض النووي الريبوزي الخاص به وظيفي بحد ذاته: يمكن للحمض النووي الريبوزي الطويل غير المشفر أن ينظم الكروماتين والتعبير الجيني، وتتحكم جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة مثل الحمض النووي الريبوزي الميكروي في استقرار وترجمة الرسائل الأخرى.

كيف يميز العلماء بين الجين المشفر والجين غير المشفر؟

يقوم الترميز بتقييم إمكانية الترميز للنسخة - بشكل رئيسي ما إذا كانت تحتوي على إطار قراءة مفتوح محفوظ من المحتمل أن يُترجم - لتصنيفها على أنها مشفرة للبروتين أو غير مشفرة.