بين الدقة والكفاءة: كيف تقوم آلات القطع بالخلية بالمناورة؟

تبدأ جزيئات MicroRNA حياتها على شكل خيوط طويلة من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والتي يتم تقطيعها بواسطة "آلة قطع" خلوية خاصة إلى قطع قصيرة نشطة

في الماضي، حدد العلماء جميع أجزاء الحمض النووي التي لا ترمز إلى تخليق البروتين بأنها عديمة القيمة، ولكن تبين أنها مهمة للغاية. مثل هذه، على سبيل المثال، التسلسلات التي يتم من خلالها إنتاج جزيئات microRNA - وهي جزيئات قصيرة لا تتم ترجمتها إلى بروتينات، ولكنها تحتفظ بدور حيوي في التحكم في مجموعة متنوعة من العمليات الحيوية في الخلية، من خلال تنظيم ترجمة آلاف العمليات الحيوية الأخرى. البروتينات. وقد تؤدي العيوب في نشاطها إلى الإصابة بأمراض، مثل مرض السكري والسرطان وفقدان العظام، من بين أمراض أخرى. إن الفهم التفصيلي لكيفية عملها قد يساهم في مكافحة هذه الأمراض، وفي تطوير طرق الشفاء القائمة على جزيئات microRNA الاصطناعية.

تبدأ جزيئات MicroRNA حياتها على شكل خيوط طويلة من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والتي يتم قطعها باستخدام "آلة قطع" خلوية خاصة إلى قطع قصيرة نشطة. المشكلة هي أن آلة القطع قد تخطئ وتقطع أيضًا أشكالًا أخرى من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، مثل الحمض النووي الريبوزي المرسال، والذي يأخذ أحيانًا شكلًا مكانيًا مشابهًا لشكل "الجزيئات الصحيحة". نتائج مثل هذا القطع الخاطئ يمكن أن تكون مدمرة للخلية.

في دراسة نشرت مؤخرا في المجلة العلمية Nature Structural and Molecular Biology، ركز الدكتور إيران هورنشتاين والبروفيسور نعمة بركاي وطلبة البحث (آنذاك) الدكتور عمر بارد والدكتور ماتي مان من قسم الوراثة الجزيئية على الطريقة حيث توازن آلة القطع بين حاجتين متضادتين: الكفاءة والدقة. يوضح الدكتور هورنشتاين: "يجب أن تكون الآلة فعالة، وأن تعمل بأفضل طريقة ممكنة". "يجب ألا تثق بشكل أعمى في قدرتها على تحديد موقع الحمض النووي الريبي الصحيح وقطعه، لأنها قد ترتكب أخطاء. ومن ناحية أخرى، لا يجوز لها تحسين الدقة على حساب الكفاءة، لأنها لن تتمكن حينها من أداء وظيفتها بالسرعة المطلوبة.

وفي دراسة متعددة التخصصات، أنشأ العلماء نموذجًا رياضيًا يميز آلة القطع، ثم اختبروها في تجارب على الخلايا الحية. كانت الفرضية هي أن الآلة تحافظ على الكفاءة إلى جانب الدقة من خلال حلقة ردود الفعل: تتعرف الآلة على كمية الجزيئات المطلوب قطعها، وبالتالي يتم تحديد عدد نسخ الآلة في الخلية. أظهرت التجارب التي أجريت على أنسجة الإنسان والفئران أن نشاط آلة القطع منسق بالفعل مع مستوى الجزيئات التي يجب قطعها: يزداد عدد نسخ الآلة عندما تزيد كمية المادة الخام المراد معالجتها، وتتوقف. عندما ينخفض ​​مستواهم. هذا التنسيق يقلل من فرصة قطع الجزيئات الخاطئة.

قد تساعد نتائج البحث في الجهود المبذولة لتحسين إنتاج جزيئات microRNA الاصطناعية لعلاج الأمراض. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأفكار التي حصل عليها العلماء حول آليات التوازن بين الكفاءة والدقة يمكن تطبيقها على الأنظمة البيولوجية الأخرى التي تتطلب اعتبارات مماثلة (مثل، على سبيل المثال، في أنظمة إصلاح الحمض النووي)، وكذلك في الأنظمة غير البيولوجية. النظم البيولوجية.

للمقال العلمي - http://www.nature.com/nsmb/journal/v19/n6/abs/nsmb.2293.html