كتاب قواعد الخلية

تبحث دراسة جديدة في كيفية تنظيم تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) القصيرة لنشاط تسلسلات الحمض النووي الريبي (RNA) الطويلة - وبالتالي التحكم في إنتاج البروتينات في الخلية

على الرغم من أن الكود الأساسي للحياة يتم تخزينه في الحمض النووي ويقوم بتشفير جميع البروتينات في جسمنا، إلا أن طبقات إضافية من الكود تكمله وتتحكم في الجوانب المختلفة لاقتصاد البروتين في الخلية - كمية البروتين التي يجب إنتاجها وأين ومتى. البروفيسور عيران سيجال وقامت المجموعة البحثية التي يقودها في معهد وايزمان مؤخرا بفك شفرة إحدى طبقات الكود المكتوب بلغة الحمض النووي الريبوزي (RNA)، الذي ينظم، من بين أمور أخرى، كمية البروتين المنتج في الخلية.

البروفيسور سيجال، عضو أقسام علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية والبيولوجيا الجزيئية للخلية، انخرط في العقد الماضي في تأليف "كتاب القواعد" الذي يتم بموجبه الارتباط بين جزيئات الحمض النووي الريبوزي الرسول التي تحمل " وصفة" لإنتاج البروتينات، إلى أجزاء أقصر بكثير من الحمض النووي الريبي (RNA) تسمى microRNAs. تم تخصيص الكثير من الأبحاث في السنوات الأخيرة لـ microRNA وأنشطة التحكم فيه في الخلية، وأحد أهمها هو تثبيط أو إيقاف جزيئات RNA الرسول - مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج البروتين. يرتبط جزيء microRNA بسلاسل RNA الطويلة في "مناطق الذيل"، والتي تسمى UTRs. يبلغ طول هذه المناطق حوالي 3-600 "حرف" (طول النص حتى هذه النقطة)، وقد تحتوي على مواقع ربط متعددة. في الماضي، على الرغم من أن العلماء، بما في ذلك البروفيسور سيغال، قد حددوا بالفعل بعض القوانين المركزية التي يتم بموجبها تنفيذ الربط المناسب، إلا أنهم لم يتمكنوا من فك جميع القوانين التي تحكم هذه العملية.

"الفرق بين البحث الذي أجريناه قبل عقد من الزمن والبحث اليوم هو أنه كان بإمكاننا بعد ذلك دراسة حوالي عشرة، أو على الأكثر، عشرين تسلسلًا جينيًا، ومع التقنيات التي طورناها في البحث الحالي يمكننا العمل مع عشرات الآلاف "من التسلسلات" ، يقول البروفيسور سيجال. "هذا يسمح لنا بدراسة بعض الأسئلة الحاسمة. على سبيل المثال، على الرغم من أننا نعلم أن إضافة "حروف" أو "كلمات" بعد أول 14 حرفًا في UTR 3 يلعب دورًا في ربط microRNA، إلا أنه لم يكن من الواضح كيف يشاركون في هذه العملية."

"قد يكون لهذا البحث العديد من الآثار، حيث أن العديد من الأمراض، بما في ذلك أنواع مختلفة من السرطان، تنطوي على أخطاء في التحكم في microRNA عبر messenger RNA"

قام إيليا سلوتسكين، وهو طالب باحث في مجموعة البروفيسور سيجال، بتصميم الآلاف من جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال مع 3 تسلسلات UTR اصطناعية - لكل منها طفرات مختلفة - بحيث لا يكون هناك تطابق كامل ودقيق للتسلسلات المرتبطة بجزيئات microRNA. . تم إدخال الجزيئات المهندسة في الخلايا البشرية، واختبر الباحثون تأثيرها على إنتاج البروتين. وبعد حدوث تناقض ناجم عن خلل في آلية التحكم، خلص الباحثون إلى أن الحروف المتغيرة أو تسلسل الحروف ضروري للربط الصحيح. تم قياس النتائج وتحديد كميتها، لذلك لم يتمكن الباحثون من طرح السؤال "هل يهم؟" فحسب، بل أيضًا "ما مدى أهميته؟"

سمحت التجارب للباحثين بصياغة القوانين التي تحكم microRNA، والإجابة على العديد من الأسئلة - ما هي جزيئات microRNA التي تعمل على أي تسلسلات، وما هي الهياكل "الثانوية" التي تلعب دورًا في الارتباط، وأي جزيئات microRNA -Ai هي الأكثر نجاحًا في الارتباط "ذيول" UTR 3. واكتشفت مجموعة البحث أيضًا أن تغيير التسلسلات في الكود يسمح لهم بزيادة أو تقليل مستوى قمع إنتاج البروتين بما يصل إلى 50 مرة.

بناءً على هذه النتائج، قام البروفيسور سيجال وأعضاء المجموعة بتطوير خوارزميات مكنت من وضع تنبؤات فيما يتعلق بربط microRNA. في سلسلة جديدة من التجارب، اختبر الباحثون التوقعات، ووجدوا أنه بناءً على معرفة تسلسل UTR 3 وحده، تسمح الخوارزميات للخوارزميات بالتنبؤ بدقة مذهلة بالطرق التي سترتبط بها جزيئات microRNA بسلاسل RNA المرسال. نتائج الدراسة قد نشرت مؤخرا في المجلة العلمية طبيعة الاتصالات.

يقول البروفيسور سيغال: "قد يكون لهذا البحث العديد من العواقب، لأن العديد من الأمراض، بما في ذلك أنواع مختلفة من السرطان، تنطوي على أخطاء في التحكم في microRNA عبر الحمض النووي الريبي المرسال". "إن كتابة" كتاب قواعد "شامل فيما يتعلق بربط microRNA بمناطق UTR 3 يسمح لنا، من بين أمور أخرى، بتقليل عدد الطفرات في هذه التسلسلات بشكل كبير، والتي قد تكون ذات صلة بالمرض."