بيولوجيا ومعالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA)

بيولوجيا ومعالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA) هي مجال البيولوجيا الجزيئية الذي يهتم بكيفية تصنيع الحمض النووي الريبوزي، ونضجه، وتعديله، ونقله، واستخدامه، وتحلله داخل الخلية. ويشمل هذا المجال الأدوار الكلاسيكية للحمض النووي الريبوزي كوسيط بين الجين والبروتين — الحمض النووي الريبوزي الرسول، والناقل، والريبوزومي — والعالم المتوسع للحمض النووي الريبوزي غير المشفر المنظم الذي يتحكم في التعبير الجيني بحد ذاته.

Definition

بيولوجيا ومعالجة الحمض النووي الريبوزي (RNA) هي دراسة تخليق جزيئات الحمض النووي الريبوزي في الخلية، وتعديلاتها بعد النسخ، ووظيفتها، ودورانها، بما في ذلك الحمض النووي الريبوزي المشفر لجهاز الترجمة والحمض النووي الريبوزي غير المشفر الذي ينظم التعبير الجيني.

Scope

يوجه هذا المجال القارئ إلى الفئات الرئيسية للحمض النووي الريبوزي وأحداث المعالجة التي تشكلها: التغطية (capping)، والوصل (splicing)، وإضافة ذيل عديد الأدينين (polyadenylation) للحمض النووي الريبوزي الرسول؛ ونضج الحمض النووي الريبوزي الناقل والريبوزومي؛ وتجميع الريبوسومات؛ والتخليق الحيوي ووظيفة الحمض النووي الريبوزي غير المشفر المنظم. ويصوغ هذه المفاهيم كمجموعة مترابطة من الموضوعات التعليمية ضمن البيولوجيا الجزيئية بدلاً من كونها إرشادات سريرية.

Sub-topics

• معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ونضجه
• الحمض النووي الريبوزي غير المشفر ووظائفه التنظيمية
• الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي وتخليق الريبوسومات
• وصل الرنا (RNA Splicing) والوصل البديل (Alternative Splicing)
• الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) وإنزيمات أمينوأسيل-الحمض النووي الريبوزي الناقل المصنعة (Aminoacyl-tRNA Synthetases)

Core questions

• كيف يتم تحويل النسخة الأولية إلى حمض نووي ريبوزي وظيفي وناضج؟
• كيف تساهم الفئات المختلفة من الحمض النووي الريبوزي — mRNA، و tRNA، و rRNA، والحمض النووي الريبوزي غير المشفر — كل منها في التعبير الجيني؟
• كيف يتم تنسيق خطوات معالجة الحمض النووي الريبوزي وتنظيمها وتدقيقها؟
• كيف تعيد فعالية الحمض النووي الريبوزي التحفيزي (الريبوزيم) تشكيل النظرة إلى الحمض النووي الريبوزي على أنه أكثر من مجرد رسول سلبي؟

Key concepts

• المعالجة بعد النسخ
• الحمض النووي الريبوزي الرسول، والناقل، والريبوزومي
• الحمض النووي الريبوزي غير المشفر والمنظم
• الريبوزيم (الحمض النووي الريبوزي التحفيزي)
• مركبات الحمض النووي الريبوزي-البروتين (الريبونوكليوبروتينات)
• نضج الحمض النووي الريبوزي ودورانه

Key theories

عالم الحمض النووي الريبوزي / الحمض النووي الريبوزي التحفيزي

أثبت اكتشاف أن الحمض النووي الريبوزي يمكن أن يعمل كمحفز (ريبوزيم)، ومثاله إنترون Tetrahymena ذاتي الوصل، أن الحمض النووي الريبوزي يقوم بالكيمياء بالإضافة إلى نقل المعلومات، مما يدعم فكرة أن الحمض النووي الريبوزي سبق البروتين والحمض النووي (DNA) في البيولوجيا المبكرة.

Mechanisms

تُنتج بوليميرازات الحمض النووي الريبوزي نسخًا أولية نادرًا ما تكون وظيفية كما هي. يتم تغطية الحمض النووي الريبوزي الرسول، ووصله، وإضافة ذيل عديد الأدينين إليه؛ ويتم شطر الحمض النووي الريبوزي الناقل والريبوزومي، وتقليمه، وتعديله كيميائيًا، ولفه؛ ويتم تجميع الوحدات الفرعية الريبوزومية مع نوى الحمض النووي الريبوزي الخاصة بها. تُنفذ العديد من هذه الخطوات أو تُساعد فيها آلات الحمض النووي الريبوزي-البروتين، وبعضها يتم بواسطة التحفيز بواسطة الحمض النووي الريبوزي نفسه، كما أظهر الإنترون ذاتي الوصل (self-splicing intron) لأول مرة. وبعيدًا عن جهاز الترجمة، ينتج جزء كبير من الجينوم حمضًا نوويًا ريبوزيًا غير مشفر يوجه، أو يدعم، أو يُسكت جزيئات أخرى، مما يجعل الحمض النووي الريبوزي ركيزة وعامل تنظيم في آن واحد.

Clinical relevance

نظرًا لأن معالجة الحمض النووي الريبوزي تكمن وراء جميع أشكال التعبير الجيني تقريبًا، فإن الاضطرابات في الوصل، أو تعديل الحمض النووي الريبوزي، أو تجميع الريبوسومات ترتبط بمجموعة من الأمراض البشرية، وقد أصبح الحمض النووي الريبوزي نفسه منصة للتشخيص والعلاجات. يصف هذا المجال البيولوجيا التي تعتمد عليها هذه التطبيقات؛ وهو يمثل خلفية تعليمية وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج الفردي.

History

تطورت الصورة التي كانت سائدة في منتصف القرن العشرين عن الحمض النووي الريبوزي كرسول بسيط بين الحمض النووي (DNA) والبروتين بشكل مطرد: فقد اكتُشفت الجينات المنقسمة والوصل في أواخر السبعينيات، والحمض النووي الريبوزي التحفيزي في أوائل الثمانينيات، وموجات من الحمض النووي الريبوزي غير المشفر المنظم من التسعينيات فصاعدًا. وسّع كل اكتشاف المجال من معالجة النسخ المشفرة إلى بيولوجيا أوسع يكون فيها الحمض النووي الريبوزي معلومات، وآلة، ومنظمًا في آن واحد.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Joan Steitz

Seminal works

• kruger-1982
• cech-2014

Frequently asked questions

هل الحمض النووي الريبوزي مجرد رسول بين الحمض النووي (DNA) والبروتين؟

لا. بينما يحمل الحمض النووي الريبوزي الرسول معلومات مشفرة، تعتمد الخلية أيضًا على الحمض النووي الريبوزي الناقل والريبوزومي للترجمة وعلى العديد من الحمض النووي الريبوزي غير المشفر الذي ينظم التعبير الجيني، وبعض أنواع الحمض النووي الريبوزي لها دور تحفيزي.

لماذا يحتاج الحمض النووي الريبوزي إلى المعالجة على الإطلاق؟

النسخ الأولية عادة ما تكون غير ناضجة؛ فالتغطية، والوصل، والتقليم، والتعديل الكيميائي تحولها إلى جزيئات مستقرة، مطوية بشكل صحيح، وظيفية، وتوفر نقاط تنظيم.