وبما أن الجينات موجودة على طول الحمض النووي، فإن الطريقة المتدرجة التي يتم بها ترتيب الحمض النووي داخل النواة تفصل الجينات حسب محتوى وحدات بنائها وبالتالي يتم تعبئة الحمض النووي فعليًا داخل النواة الصغيرة
لسنوات عديدة حاول عالم العلوم دون جدوى حل اللغز: كيف يتمكن جسم الإنسان من تعبئة مترين من الحمض النووي داخل نواة صغيرة لا يتجاوز حجمها بضعة أجزاء من الألف من المليمتر. والآن قد يؤدي مسار الباحثين من جامعة تل أبيب إلى تطوير العلوم بطريقة مهمة نحو حل اللغز.
تشير نتائج البحث المنشور في مجلة Molecular Cell إلى أن وحدات البناء (القواعد/النيوكليوتيدات) بأنواعها المختلفة في سلسلة الحمض النووي يتم ترتيبها بطريقة متدرجة داخل النواة - من المحيط إلى المركز، وبالتالي المناطق ذات التركيز العالي من لبنات البناء من نوع واحد توجد في محيط النواة وهكذا. ومع تقدمك إلى المركز النووي، يتغير محتوى اللبنات الأساسية تدريجيًا إلى لبنات بناء أخرى. وبما أن الجينات موجودة على طول الحمض النووي، فإن الطريقة المتدرجة التي يتم بها ترتيب الحمض النووي داخل النواة تفصل الجينات حسب محتوى وحدات بنائها، وبالتالي يتم تعبئة الحمض النووي فعليًا داخل النواة الصغيرة.
تم هذا الاكتشاف المهم من قبل طالبي الدكتوراه لونا تمار وأوفير ميري من مختبر البروفيسور جيل إست من قسم الوراثة الجزيئية البشرية والكيمياء الحيوية في كلية الطب ساكلر بجامعة تل أبيب. تم إجراء البحث بالتعاون مع البروفيسور روداد شاران من كلية علوم الكمبيوتر في جامعة تل أبيب بالإضافة إلى باحثين من جامعة بار إيلان من البرتغال وإسبانيا والولايات المتحدة الأمريكية. تم اختيار المقال لغلاف عدد مارس 2022 من المجلة المرموقة Molecular Cell.
يؤثر الترتيب المكاني على التعبير الجيني
البروفيسور أست: "هناك تريليونات من الخلايا في جسم كل واحد منا، وكل خلية لديها نواة يتم تعبئة شفرتنا الوراثية بداخلها، وهي سلسلة من جزيئات الحمض النووي التي تلقيناها من آبائنا - والتي يبلغ طولها حوالي 2 متر . يتكون الحمض النووي من أزواج من وحدات البناء (القواعد/النيوكليوتيدات) المميزة بالأحرف: G مع C وA مع T. كل منطقة من الحمض النووي لها توزيع مختلف لأزواج الحروف هذه. تظهر النتائج التي توصلنا إليها أنه يوجد في الجزء الخارجي من النواة تسلسلات الحمض النووي الغنية بأزواج النوكليوتيدات A وT، وكلما تحركت نحو مركز النواة، يحدث استبدال تدريجي بحيث تهيمن تسلسلات الحمض النووي في مركز النواة حيث توجد ثروة من أزواج G وC. لقد أظهرنا أن هذا التنظيم موجود في جميع خلايا الجسم تقريبًا. لقد أظهرنا أيضًا أن موضع كل جين في النواة يؤثر على طريقة التعبير عن الجين، ونتيجة لذلك، على معالجة الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA) المتولد من هذا الجين. إن فهم كيفية ترتيب المادة الوراثية في النواة يسمح لنا بتقدير أن تسلسل جزيئات الحمض النووي منظم داخل النواة بحيث تكون الجينات التي تتم معالجة منتجاتها بواسطة آلية واحدة في مكان مختلف في النواة عن الجينات الأخرى ذات آلية مختلفة. آلية. ونحن نعتقد أن هذا الفهم سيقدم مساهمة كبيرة في تطوير العلاجات الجينية للأمراض الوراثية والسرطان."
يوضح البروفيسور أست أنه على طول الحمض النووي توجد مناطق تنشيط متناثرة - ما يسمى بالجينات. نسخ الحمض النووي إلى جزيئات RNA الرسول التي يتم ترجمتها إلى بروتينات تقوم بأعمال مختلفة في أجسامنا (على سبيل المثال، يتكون اللقاح الذي يتم حقنه لمعظمنا ضد فيروس كورونا من جزيئات RNA الرسول للفيروس التي يتم ترجمتها في أجسامنا) إلى بروتين سبايك المعروف، مما دفع نظام اللقاح إلى التعرف عليه ومحاربته في حالة الإصابة). يشبه هيكل جزيء الحمض النووي الريبي المرسال القطار، حيث تحمل كل "عربة"، المعروفة باسم محور عصبي، معلومات وراثية مختلفة، ويتم توصيل كابلات ذات أطوال مختلفة بين "العربات". يتم تنشيط الحمض النووي الريبي المرسال من خلال عملية تعرف باسم الربط، حيث تلتصق "السيارات" ببعضها البعض، ثم يتم اشتقاق الكابل الذي يربطها.
يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام طرق مبتكرة للعلاجات الوراثية الجزيئية
كجزء من الدراسة، التي جمعت بين الأساليب الحسابية للمعلوماتية الحيوية والتجارب البيولوجية "الرطبة"، تم تحديد اختلاف كبير، في تركيز وحدات البناء، بين الجينات الموجودة في مركز النواة والجينات الموجودة في المحيط. وقد وجد أيضًا أن هذا الاختلاف يسبب أيضًا اختلافًا في طبيعة الطفرات التي تؤدي إلى الأمراض الوراثية والسرطان وفي طريقة تأثيرها على جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال: في الطفرات التي يتم إنشاؤها في الجينات الطرفية، تتخطى عملية الربط مسافة " "السيارة"، وتربط ما قبلها بالذي بعدها، وفي المقابل فإن الطفرات في الجينات الموجودة في مركز النواة تعني أن أحد الكابلات التي تربط "السيارات" غير مشتق. في كلتا الحالتين، يتم ترجمة الحمض النووي الريبي المرسال إلى بروتين معيب تمامًا ولا يؤدي وظيفته بشكل صحيح، وبالتالي يشارك في خلق المرض.
بالإضافة إلى ذلك، يعتقد الباحثون أن هذا الاكتشاف قد يعزز بشكل كبير الطرق المبتكرة للعلاجات الجينية الجزيئية للسرطان والأمراض الوراثية. قد يؤدي هذا الاكتشاف إلى تبسيط وتسريع عملية تطوير الأدوية باستخدام تقنية تسمى "العلاج بمساعدة جزيء مضاد للإحساس"، على سبيل المثال في علاج المرض الوراثي SMA الذي يسبب ضمور العضلات إلى درجة الشلل. فكل مرض على حدة طويل ومعقد، والاكتشاف الجديد قد يسرّعه بشكل كبير.
البروفيسور أست: "تقدم النتائج التي توصلنا إليها مساهمة مهمة في فهم كيفية تعبئة الحمض النووي في نواة الخلية، حيث تقع المناطق الغنية بالبنتين A وT على المحيط، بينما تقع المناطق الغنية بـ C وG في المركز. ونعتقد أن الانفصال التدريجي بين نوعي التسلسلات داخل النواة يحدث بسبب ظاهرتي التجاذب والتنافر بين الشحنات الكهربائية بداخلها، وفي دراسات أخرى سنتناول هذه المسألة.
بالإضافة إلى ذلك، يساهم اكتشافنا أيضًا في التطوير المستقبلي للعلاجات الجينية المبتكرة للسرطان والأمراض الوراثية. هذه طريقة ذات إمكانات هائلة، وقد حققت بالفعل نجاحات مشجعة - على سبيل المثال، في علاج المرض الوراثي SMA، الذي يسبب ضمور العضلات إلى حد الشلل. وكجزء من هذه الطريقة، يتم إنتاج نوع من "الضمادة" التي تخترق نواة الخلية ويتم وضعها بدقة في الموقع المعطل في الحمض النووي الريبي المرسال، وبالتالي منع النشاط المعطل للجين، وفي الواقع تصحيح الطفرة. حتى الآن، تم تطوير أدوية من هذا النوع من خلال عملية طويلة من "التجربة والخطأ" حتى يتم العثور على المكان الصحيح في الحمض النووي الريبي المرسال لوضع "الضمادة". توجه النتائج التي توصلنا إليها مطوري الأدوية إلى وضع كل "ضمادة" بطريقة أكثر كفاءة ودقة: في مركز النواة، يلزم حجب "السيارات"، بينما في المحيط، هناك حاجة إلى "ضمادات" التي تمنع "الكابلات". ونحن الآن مستمرون في تطوير الأدوات التي ستمكن من التطوير السريع للضمادة الصحيحة لكل مرض."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
انه علي حق. الطبيعة فعلت وتفعل كل شيء. الطبيعة هي الله. أو بمعنى آخر – القدوس المبارك . وهو فعل ويفعل وسيفعل ويديم العالم كله بما فيه المجرات (!!!) في كل لحظة.
أنا أحتج على تمجيد الإنسان.
ليس جسم الإنسان بل الطبيعة هي التي تحزم مترين من الحمض النووي في نواة الخلية التي نمت عدة آلاف من المليمترات، ونفس الحمض النووي موجود في كل كائن حي من البكتيريا إلى الحوت.