مناطق السيطرة

وتمكن علماء المعهد من تحديد عدة آلاف من "مجالات التوظيف" على الحمض النووي الريبي المرسال. قد تشكل "مجالات التوظيف" هذه نوعًا من "بنك الأهداف" لمجموعة متنوعة من الأدوية لمختلف الأمراض.

بعد فك رموز بنية الريبوسوم، فإن التحديات الكبيرة التي تنتظرنا هي فهم كيفية تعبئة الريبوسوم لعمل ترجمة الشفرة الوراثية لغرض بناء البروتينات؛ وكيف يميز بين الجينات المختلفة؛ وكيف أن الفيروسات التي تهاجم الخلية "تستعبد" الريبوسوم الخلوي لتكوين فيروسات جديدة. في مجال البحوث نشرت مؤخرا في المجلة العلمية علوميقدم علماء معهد وايزمان للعلوم رؤى جديدة في هذه المجالات.

البروفيسور عيران سيغال ودرست طالبة البحث شيرا وينجارتن غاباي، من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية، إحدى أهم الخطوات في عملية إنتاج البروتينات في الخلية: ربط الريبوسوم بجزيء الحمض النووي الريبي المرسال. بعد هذه الخطوة، يقرأ الريبوسوم المعلومات الوراثية للحمض النووي الريبي المرسال، وبالتالي ينتج البروتين. في بداية جزيء الحمض النووي الريبوزي الرسول، وفي النهاية، توجد تسلسلات لا تشفر المعلومات اللازمة لبناء البروتين، ولكنها تستخدم للتحكم في عملية تكوين البروتين واستقرار الحمض النووي الريبوزي الرسول. سأل البروفيسور سيغال وأعضاء مجموعته عن كيفية "تجنيد" الريبوسوم للقيام بهذه المهمة، وما هي التسلسلات التي ينجذب إليها، وأين تقع هذه التسلسلات على جزيء الحمض النووي الريبي المرسال.

ولاختبار "تجنيد" الريبوسوم، طور العلماء تقنية الهندسة الوراثية، مما سمح لهم ببناء واختبار مكتبة تضم ما يقرب من 55,000 تسلسل جيني، حدد الباحثون تركيبها الدقيق. بهذه الطريقة، تم إنشاء مجموعة متنوعة من المتغيرات الجينية، مما جعل من الممكن إجراء فحص دقيق للتسلسل (على سلسلة الحمض النووي الريبي المرسال) الذي تم "تجنيد" الريبوسوم فيه. بعض هذه التسلسلات الجينية كانت نسخًا دقيقة لجينات من الجينوم البشري، وبعضها كان نسخًا من الشحنة الجينية للفيروسات، وبعضها كان تسلسلات اصطناعية.

حتى الآن، كانت العشرات من "مناطق التوظيف" معروفة في السلاسل الجزيئية للحمض النووي الريبي المرسال، والتي كانت موجودة، كما هو متوقع تمامًا، في بداية التسلسل الذي يشفر المعلومات اللازمة لبناء البروتين. ومع ذلك، فمن خلال فحص التسلسلات البالغ عددها 55,000 ألفًا، تمكن علماء المعهد من تحديد عدة آلاف من "مناطق التجنيد"، والمثير للدهشة أن جزءًا كبيرًا منها يقع بالقرب من نهاية التسلسل المشفر. يغير هذا الاكتشاف المفاجئ الطريقة التي ندرك بها عملية ترجمة جزيء الحمض النووي الريبي المرسال إلى بروتين. ومن المعروف الآن أن التسلسل الجزيئي للـ RNA المرسال دائري، ويشكل نوعًا من الحلقة. وتشير النتائج التي توصل إليها علماء المعهد إلى أنه في بعض الحالات يمكن للريبوسوم أن يبدأ عملية الترجمة من النهاية - بدلا من البداية - ويتحرك فوق الحلقة التي تتشكل في مسار دائري.

ويقول العلماء إن مدى قدرة الجين (في مرحلة الحمض النووي الريبي المرسال) على "تجنيد" الريبوسوم وتكوين البروتين هو سؤال أساسي مهم، وله أهمية أيضًا في مجال التطبيقات الطبية. عندما تهاجم الفيروسات خلايا في جسمنا، فإنها تستخدم "تسلسلات التجنيد" على الحمض النووي الريبي المرسال الخاص بها "لاختطاف" الريبوسوم وبناء البروتينات التي تستخدم لإنتاج فيروسات جديدة، على حساب بروتينات الخلية. ومن الممكن إيقاف هذه العملية باستخدام جزيء من مادة طبية، يلتصق بـ"منطقة التجنيد" في المادة الوراثية للفيروس، ويمنع الريبوسوم من الاتصال بها. إذا لم يتم إجراء الاتصال، أي إذا لم يتم "تجنيد" الريبوسوم، فلن تتكون البروتينات التي تبني الفيروس، ولن يتطور المرض الذي يسببه. إن الآلاف من "مجالات التوظيف" المكتشفة في هذه الدراسة، في مئات الفيروسات المختلفة، قد تشكل بنكًا من الأهداف لمجموعة متنوعة من الأدوية لمختلف الأمراض.

كيف يتم "تجنيد" الريبوسوم بالضبط لمهمة تجميع البروتين، وما الذي يجذبه إلى جزء معين من سلسلة الحمض النووي الريبي المرسال؟ هذه الأسئلة لا تزال لغزا.

شارك في الدراسة: طالب البحث شاني إلياس كيرما، د. رونيت نير ود. أدينا واينبرغر من مختبر البروفيسور عيران سيغال؛ نعوم ستيرن جينوسار من قسم الوراثة الجزيئية؛ والطالب الباحث أليكسي جريتشينكو من جامعة دلفت في هولندا؛ والدكتور زوهر يشيني من مختبرات التخنيون و"أجيلنت".