الآلية الخفية لخلق الجينات

اكتشف الباحثون في جامعة هلسنكي آلية تولد على الفور الحمض النووي المتناظرة، مما قد يؤدي إلى إنشاء جينات microRNA جديدة من تسلسلات الحمض النووي غير المشفرة. تم هذا الاكتشاف من خلال دراسة أخطاء تكرار الحمض النووي وتأثيرها على الحمض النووي الريبي الهياكل الجزيئية، يقدم وجهات نظر جديدة حول أصول الجينات.

إن تعقيد الكائنات الحية مشفر في جيناتها، ولكن من أين تأتي هذه الجينات؟ نجح باحثون في جامعة هلسنكي في حل الأسئلة العالقة المتعلقة بأصل الجينات التنظيمية الصغيرة ووصفوا الآلية التي تخلق تناظر الحمض النووي الخاص بهم. في ظل الظروف المناسبة، تتطور هذه المتناظرات إلى جينات microRNA.

الجينات والبروتينات: اللبنات الأساسية للحياة

يحتوي الجينوم البشري على حوالي 20.000 جينة تستخدم لبناء البروتينات. يتم تنسيق أعمال هذه الجينات الكلاسيكية بواسطة آلاف الجينات التنظيمية، أصغرها يشفر جزيئات microRNA التي يبلغ عددها 22 زوجًا أساسيًا. على الرغم من أن عدد الجينات يظل ثابتًا نسبيًا، إلا أن جينات جديدة تظهر أحيانًا أثناء التطور. مثل نشأة الحياة البيولوجية، لا يزال أصل الجينات الجديدة يثير إعجاب العلماء.

حل اللغز المتناوب

تتطلب جميع جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) سلسلة متناظرة من القواعد التي تثبت الجزيء في شكله الوظيفي. من المهم أن نلاحظ أن فرص حدوث طفرات أساسية عشوائية تشكل تدريجيًا مثل هذه التسلسلات المتناوبة منخفضة للغاية، حتى بالنسبة لجينات microRNA البسيطة. ولذلك فإن أصل هذه التسلسلات المتناوبة أثار اهتمام الباحثين. لقد حل خبراء من معهد التكنولوجيا الحيوية في جامعة هلسنكي بفنلندا هذا اللغز من خلال وصف آلية قادرة على توليد متناظرات الحمض النووي الكاملة على الفور وبالتالي إنشاء جينات microRNA جديدة من تسلسلات DNA غير المشفرة سابقًا.

معلومات حول تكرار الحمض النووي

في مشروع ممول من الأكاديمية الفنلندية، درس الباحثون الأخطاء في تكرار الحمض النووي. يقارن قائد المشروع آري لويتينوجا تكرار الحمض النووي بكتابة النص.

“يتم نسخ الحمض النووي قاعدة واحدة في كل مرة، وعادة ما تكون الطفرات عبارة عن قواعد مفردة خاطئة، مثل الأخطاء المطبعية على لوحة مفاتيح الكمبيوتر المحمول. لقد بحثنا في آلية تؤدي إلى حدوث أخطاء أكبر، مثل نسخ النص ولصقه من سياق آخر. لقد كنا مهتمين بشكل خاص بالحالات التي تم فيها نسخ النص إلى الوراء من أجل إنشاء متناظر.

درس الباحثون آلية الخطأ في تكرار الحمض النووي ولاحظوا أن بعض الأخطاء خلقت متناظرة يمكن أن تطوى في هياكل دبوس الشعر. الائتمان: آري Löytynoja

هياكل الحمض النووي الريبي (RNA) وأخطاء الحمض النووي (DNA).

أدرك الباحثون أن الأخطاء في تكرار الحمض النووي يمكن أن تكون مفيدة في بعض الأحيان. وقد وصفوا هذه النتائج لميكو فريلاندر، الخبير في بيولوجيا الحمض النووي الريبوزي (RNA). لقد رأى على الفور العلاقة مع بنية جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).

“في جزيء الحمض النووي الريبي (RNA)، يمكن لقواعد المتناظرات المتجاورة أن تقترن ببعضها البعض وتشكل هياكل تشبه دبوس الشعر. ويوضح أن مثل هذه الهياكل ضرورية لعمل جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).

قرر الباحثون التركيز على جينات microRNA بسبب بنيتها البسيطة: الجينات قصيرة جدًا – فقط بضع عشرات من القواعد – ويجب أن تطوى على شكل دبوس شعر لتعمل بشكل صحيح.

وكانت الفكرة المركزية هي نمذجة تاريخ الجينات باستخدام خوارزمية حاسوبية مخصصة. ووفقا لباحث ما بعد الدكتوراه هيلي مونتينين، فإن هذا جعل من الممكن حتى الآن إلقاء نظرة فاحصة على أصل الجينات.

“إن الجينوم الكامل لعشرات الرئيسيات والثدييات معروف. وتكشف المقارنة بين الجينومات الخاصة بهم صِنف تمتلك زوجًا من متناظرات microRNA، والتي تفتقر إليها. يقول مونتينن: “من خلال النمذجة التاريخية التفصيلية، يمكننا أن نرى أن المتناظرات بأكملها يتم إنشاؤها بواسطة أحداث طفرة واحدة”.

وكانت الفكرة المركزية هي نمذجة تاريخ الجينات باستخدام معلومات من الأنواع ذات الصلة. أظهرت النمذجة أن متناظرات الجينات microRNA يتم إنشاؤها بواسطة أحداث طفرة واحدة. الائتمان: آري Löytynoja

الآثار والعالمية

وبالتركيز على البشر والرئيسيات الأخرى، أثبت باحثو هلسنكي أن الآلية المكتشفة حديثًا يمكن أن تفسر ما لا يقل عن ربع جينات الرنا الميكروي الجديدة. وبما أنه تم العثور على حالات مماثلة في سلالات تطورية أخرى، فإن آلية الأصل تبدو عالمية.

من حيث المبدأ، فإن ظهور جينات microRNA بسيط للغاية لدرجة أن الجينات الجديدة يمكن أن تؤثر على صحة الإنسان. ويرى هيلي مونتينن أهمية عمله على نطاق أوسع، على سبيل المثال في فهم المبادئ الأساسية للحياة البيولوجية.

“إن ظهور جينات جديدة من لا شيء قد أذهل الباحثين. وتؤكد: “لدينا الآن نموذج أنيق لتطور جينات الحمض النووي الريبي”.

وعلى الرغم من أن النتائج تعتمد على جينات تنظيمية صغيرة، إلا أن الباحثين يعتقدون أنه يمكن تعميم النتائج على جينات أخرى وجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA). على سبيل المثال، باستخدام المواد الخام الناتجة عن الآلية المكتشفة حديثًا، يمكن للانتقاء الطبيعي إنشاء هياكل ووظائف RNA أكثر تعقيدًا.

ونشرت الدراسة في بناس.

المرجع: “جيل De novo miRNA من تبديل القالب أثناء تكرار الحمض النووي” بقلم Heli AM Mönttinen وMikko J. Frilander وAri Löytynoja، 29 نوفمبر 2023، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2310752120