إن نسخ الشرائح الجينية، وهي إحدى العمليات الأساسية في جميع الحيوانات والنباتات في العالم، يتم بطريقة تذكرنا بتدفق حركة المرور على الطرق، بما في ذلك تشكيل الازدحام وحتى الاختناقات المرورية وحوادث المرور. كل هذه الأمور تشرف عليها "شرطة مرور" وراثية فريدة من نوعها. وذلك بحسب دراسة جديدة وفريدة من نوعها أجريت تحت قيادة البروفيسور ريفكا ديكشتاين من قسم الكيمياء البيولوجية في معهد وايزمان للعلوم.
إن نسخ الشرائح الجينية، وهي إحدى العمليات الأساسية في جميع الحيوانات والنباتات في العالم، تتم بطريقة تشبه تدفق حركة المرور على الطرق، بما في ذلك تشكيل الازدحام وحتى الاختناقات المرورية وحوادث المرور. كل هذه الأمور تشرف عليها "شرطة مرور" وراثية فريدة من نوعها. وذلك بحسب دراسة جديدة وفريدة من نوعها أجريت تحت قيادة البروفيسورة ريبيكا ديكشتاين من قسم الكيمياء البيولوجية في معهد وايزمان للعلوم، وأصبحت مشهورة هذه الأيام في مجلة الطبيعة العلمية. قد تساعد هذه النتائج في تطوير جيل جديد من الأدوية لمختلف الأمراض.
في عملية النسخ، "تسافر" الإنزيمات على "سكة" وهي في الواقع قطعة وراثية (تُعرف باسم "الجين")، والتي يتم نسخها بواسطتها. في هذه العملية تقوم الإنزيمات بتكوين جزيئات تكون عبارة عن نسخة من الجينات، والتي تلعب دورا في ترجمة التسلسل الجيني (حسب الشفرة الوراثية) إلى بروتينات (البروتينات هي التي تنشط آليات الحياة في الخلية). . اكتشفت البروفيسورة ديكشتاين وأعضاء مجموعة البحث التي ترأسها أنه كما هو الحال على الطريق، فإن الحفاظ على مسافة مناسبة بين السيارات، أي بين إنزيمات النسخ، أمر ضروري لتجنب الحوادث والوصول إلى الهدف بأمان. وشارك في البحث إلى جانبها الدكتور نداف مارباخ بار، أميتاي بن نون، شاكيد اشكنازي، آنا تاماركين بن هاروش، د. تالي أفنيت ساغي والبروفيسور مايكل ووكر.
درس العلماء نسخ الجينات التي تشفر جزيئات التحكم الصغيرة التي تسمى microRNAs. أجريت التجربة على خلايا بشرية وكجزء منها تم فحص عمليات النسخ التي تتم بمعدلات مختلفة: معدل مرتفع، تتحرك فيه الإنزيمات في "حزم"، ومعدل منخفض تترك فيه الإنزيمات بمعدلات كبيرة نسبيًا فترات زمنية. وكانت النتائج مفاجئة وغير بديهية على ما يبدو: عندما بدأت إنزيمات النسخ في العمل على دفعات، انخفضت كمية microRNA المنتجة. من ناحية أخرى، عندما ذهبت الإنزيمات في طريقها المنفصل على فترات أكبر، كان إنشاء microRNA أكثر كفاءة.
واكتشف العلماء أنه عندما تعمل الإنزيمات على شكل "مجموعات"، تحدث اختناقات مرورية، تماماً كما يحدث خلال ساعات الذروة على الطرق. عندما يتوقف الإنزيم الأول عند "نطاقات التباطؤ" - وهي إشارة جزيئية تؤدي إلى توقف النسخ - تصطدم الإنزيمات التالية به، كما هو الحال في "حادث متسلسل" - وتسقط من الجين (أو "تخرج عن المسار" ). مثل هذه الحوادث تقلل من كمية microRNA المنتجة. من ناحية أخرى، عندما تسير الإنزيمات في طريقها على فترات زمنية أكبر، فإنها تحافظ على مسافة آمنة من بعضها البعض، وبالتالي تكون الرحلة أكثر سلاسة، دون حوادث مرورية، ونتيجة لذلك، ترتفع كفاءة إنتاج microRNA في الخلية. يزيد.
تلقي هذه النتائج ضوءًا جديدًا على إنتاج microRNA، وبالتالي قد تساعد في تصميم أدوية تعتمد على هذه الجزيئات. تم اكتشاف MicroRNAs في التسعينيات من القرن الماضي، وقد تلعب دورًا رئيسيًا في الطب المستقبلي، من بين أمور أخرى لأنها تتحكم في التعبير عن الجينات، بما في ذلك الجينات المشاركة في تطور أمراض السرطان.
والنتيجة الأخرى التي تظهر من البحث الحالي هي أنه أثناء الالتهاب، عندما يكون الجسم مهددًا من قبل الغزاة (الفيروسات أو البكتيريا)، يتم تثبيط إنتاج الرنا الميكروي المضاد للالتهابات مؤقتًا. وينتج التثبيط عن زيادة معدل حركة إنزيمات النسخ التي تخرج لحماية الجسم. ونتيجة للمعدل المتزايد، يتم نسخ الجينات الالتهابية دون "التباطؤ" بكميات كبيرة، بينما في الجين الذي يشفر microRNA المضاد للالتهابات، يتم إنشاء اختناقات مرورية و"حوادث مرورية"، مما يقلل من إنتاج microRNA. هذا التخفيض "يشتري الوقت" للالتهاب، مما يسمح له بأداء عملية الشفاء، قبل أن يضع microRNA حدًا له.
بالإضافة إلى ذلك، تشرح الدراسة الجديدة النتيجة التي تم التوصل إليها سابقًا في مختبر البروفيسور ديكشتاين، والتي بموجبها يميل معدل توصيل إنزيمات النسخ إلى أن يكون أبطأ في الجينات الأطول. كلما زاد طول الجين، زاد احتمال احتوائه على "مسارات تباطؤ" جزيئية يمكن أن تؤدي إلى اختناقات مرورية وتعطيل النسخ. ولهذا السبب فإن إنزيمات النسخ التي تتحرك على هذه الجينات بمعدل أقل يمكنها القيام بعملها بكفاءة أكبر، مقارنة بكفاءة الإنزيمات التي تبدأ على شكل "حزم".
