إنترون المجموعة الثانية

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تُعدّ إنترونات المجموعة الثانية فئةً كبيرةً من الريبوزيمات ذاتية التحفيز والعناصر الوراثية المتنقلة الموجودة في جينات جميع نطاقات الحياة الثلاثة . عادةً ما يحدث نشاط الريبوزيم (مثل التضفير الذاتي ) في ظروف عالية الملوحة في المختبر لمعظم إنترونات المجموعة الثانية. يمكن لبعض إنترونات المجموعة الثانية شديدة التفاعل أن تخضع للتضفير الذاتي في ظروف ملوحة معتدلة، قريبة من الظروف الفيزيولوجية. [ 1 ] مع ذلك، يتطلب التضفير في الجسم الحي مساعدةً من البروتينات . [ 2 ] على عكس إنترونات المجموعة الأولى ، يحدث استئصال الإنترون في غياب GTP ويتضمن تكوين حلقة ، مع نقطة تفرع عند بقايا الأدينين تُشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في الحلقات المتكونة أثناء تضفير ما قبل mRNA النووي. يُفترض أن عملية تضفير ما قبل mRNA (انظر الجسيم التضفيري ) قد تطورت من إنترونات المجموعة الثانية، نظرًا لتشابه الآلية التحفيزية والتشابه البنيوي بين البنية الفرعية للنطاق الخامس من المجموعة الثانية وجزيء snRNA الممتد U6/U2 . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] أخيرًا، استُغلت قدرتها على الإدخال الموضعي في مواقع محددة من الحمض النووي كأداة في مجال التقنية الحيوية . [ 6 ] على سبيل المثال، يمكن تعديل إنترونات المجموعة الثانية لإجراء إدخالات جينومية موضعية وتوصيل الحمض النووي، مثل جينات الإبلاغ أو مواقع lox. [ 7 ]

البنية والحفز

البنية الفرعية للمجال الخامس المشتركة بين إنترونات المجموعة الثانية و RNA التضفيري U6 .

تتميز البنية الثانوية للإنترونات من المجموعة الثانية بستة تراكيب حلقية جذعية نموذجية، تُعرف أيضًا بالمجالات من الأول إلى السادس (DI إلى DVI، أو D1 إلى D6). تتفرع هذه المجالات من نواة مركزية تُقرّب مواقع الربط 5' و3' من بعضها. وترتبط التراكيب الحلزونية القريبة للمجالات الستة ببضعة نيوكليوتيدات في المنطقة المركزية (تسلسلات الربط). ونظرًا لحجمه الهائل، قُسّم المجال الأول إلى مجالات فرعية a وb وc وd. وقد حُدّدت اختلافات في تسلسل إنترونات المجموعة الثانية أدت إلى تقسيمها إلى مجموعات فرعية IIA وIIB وIIC، بالإضافة إلى اختلاف المسافة بين الأدينوزين المنتفخ في المجال السادس (نقطة التفرع المحتملة التي تُشكّل الحلقة) وموقع الربط 3'، وإدراج أو حذف عناصر بنيوية مثل حلقة التنسيق في المجال الأول، الموجودة في إنترونات IIB وIIC ولكنها غير موجودة في إنترونات IIA. [ 2 ] تشكل الإنترونات من المجموعة الثانية أيضًا بنية ثلاثية معقدة للغاية للحمض النووي الريبي .

تحتوي إنترونات المجموعة الثانية على عدد قليل جدًا من النيوكليوتيدات المحفوظة، وتتوزع النيوكليوتيدات المهمة للوظيفة التحفيزية على كامل بنية الإنترون. وتشمل التسلسلات الأولية المحفوظة بدقة التسلسل المتفق عليه في موقعي الربط 5' و3' (...↓GUGYG&... و...AY↓...، حيث يمثل Y بيريميدين ) ، وبعض نيوكليوتيدات النواة المركزية (تسلسلات الربط)، وعددًا كبيرًا نسبيًا من نيوكليوتيدات DV، وبعض امتدادات التسلسل القصيرة DI. كما أن الأدينوسين غير المزدوج في DVI (المُشار إليه بعلامة النجمة في الشكل، ويقع على بُعد 7 أو 8 نيوكليوتيدات من موقع الربط 3') محفوظ أيضًا، ويلعب دورًا محوريًا في عملية الربط. تهاجم مجموعة الهيدروكسيل 2' للأدينوزين المنتفخ موقع الربط 5'، يليها هجوم نيوكليوفيلي على موقع الربط 3' بواسطة مجموعة الهيدروكسيل 3' للإكسون العلوي . ينتج عن ذلك بنية حلقية متفرعة من الإنترون متصلة برابطة فوسفاتية ثنائية الإستر 2' عند أدينوزين DVI.

تُعدّ الآلية البروتينية ضرورية لعملية التضفير داخل الكائن الحي ، وتُعتبر التفاعلات بعيدة المدى بين الإنترونات والإكسونات مهمة لتحديد موقع التضفير، بالإضافة إلى عدد من التفاعلات الثلاثية بين الأنماط، بما في ذلك تفاعلات الحلقة المتقاربة وتفاعلات الحلقة الرباعية مع المستقبلات. في عام 2005، وجد أ. دي لينكاستر وآخرون أنه أثناء تضفير إنترونات المجموعة الثانية، يتم تنظيم جميع المتفاعلات مسبقًا قبل بدء عملية التضفير. يكون موقع التفرع، وكلا الإكسونين، والمناطق الأساسية للتحفيز في DV وJ2/3، وε−ε' على مقربة من بعضها البعض قبل حدوث الخطوة الأولى من التضفير. بالإضافة إلى منطقة الانتفاخ ومنطقة ثلاثية AGC في DV، تُعدّ منطقة الربط J2/3، والنيوكليوتيدات ε−ε'، وحلقة التنسيق في DI حاسمة لبنية ووظيفة الموقع النشط. [ 8 ]

تم تحديد أول بنية بلورية لإنترون من المجموعة الثانية في عام 2008، وذلك لإنترون المجموعة IIC التحفيزي في بكتيريا Oceanobacillus iheyensis ، [ 9 ] وانضم إليه إنترون المجموعة IIB في بكتيريا Pylaiella littoralis (P.li.LSUI2) في عام 2014. وقد بُذلت محاولات لنمذجة البنية الثلاثية لإنترونات أخرى من المجموعة الثانية، مثل إنترون ai5γ من المجموعة IIB، باستخدام مزيج من برامج رسم خرائط التماثل على البنى المعروفة والنمذجة من الصفر للمناطق التي لم تُحدد بنيتها سابقًا. [ 10 ] تتميز المجموعة IIC بثلاثية تحفيزية تتكون من CGC، بينما تتكون المجموعتان IIA وIIB من ثلاثية تحفيزية AGC، وهي أقرب إلى الثلاثية التحفيزية للجسيم الرابط. ويُعتقد أن المجموعة IIC أصغر حجمًا وأكثر تفاعلية وأقدم. تتم الخطوة الأولى من عملية التضفير في إنترون المجموعة IIC بواسطة الماء، حيث يشكل بنية خطية بدلاً من بنية حلقية دون مساعدة العوامل البروتينية المساعدة. [ 11 ] وبمساعدة بروتين النضج المشفر بواسطة الإنترون، يشكل إنترون المجموعة IIC بنية حلقية. [ 5 ] كشفت سلسلة من البنى البلورية عالية الدقة عن التكوينات البنيوية المختلفة التي تتخذها إنترونات المجموعة II أثناء عملية التضفير. [ 12 ] [ 13 ] كما تم الكشف عن آلية النسخ العكسي بواسطة إنترونات المجموعة II من خلال المجهر الإلكتروني فائق البرودة. [ 14 ]

تُحفظ أشكال مُبدَّلة من إنترونات المجموعة الثانية في بعض البكتيريا، [ 15 ] لكن وظيفتها البيولوجية غير معروفة. في هذه الأشكال المُبدَّلة من الريبوزيم، توجد عناصر بنية إنترون المجموعة الثانية المحفوظة، ولكنها تظهر بترتيب مختلف.

التوزيع والتطور السلالي

توجد إنترونات المجموعة الثانية في الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ( rRNA) والحمض النووي الريبوزي الناقل ( tRNA ) والحمض النووي الريبوزي الرسول ( mRNA) للعضيات ( البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا) في الفطريات والنباتات والطلائعيات ، وكذلك في الحمض النووي الريبوزي الرسول في البكتيريا . وكان أول إنترون يُحدد على أنه متميز عن المجموعة الأولى هو إنترون ai5γ من المجموعة IIB، والذي عُزل عام 1986 من نسخة ما قبل الحمض النووي الريبوزي الرسول لجين oxi 3 الميتوكوندري في الخميرة Saccharomyces cerevisiae . [ 16 ]

تُشفّر مجموعة فرعية من إنترونات المجموعة الثانية بروتينات أساسية لعملية التضفير، تُعرف بالبروتينات المشفرة بالإنترونات (IEPs)، ضمن إطارات القراءة المفتوحة الإنترونية . ونتيجةً لذلك، قد يصل طول هذه الإنترونات إلى 3 كيلوبايت. يحدث التضفير بطريقة تكاد تكون مطابقة لتضفير ما قبل mRNA النووي، وذلك عبر خطوتين من نقل الأسترة، حيث تستخدم كلتاهما أيونات المغنيسيوم لتثبيت المجموعة المغادرة في كل خطوة، مما دفع البعض إلى افتراض وجود صلة تطورية بين إنترونات المجموعة الثانية والجسيم التضفيري النووي. تشمل الأدلة الأخرى على هذه الصلة التشابه البنيوي بين وصلة U2/U6 في الحمض النووي الريبوزي للجسيم التضفيري والنطاق الخامس من إنترونات المجموعة الثانية، والذي يحتوي على ثلاثي AGC التحفيزي وجزء كبير من قلب الموقع النشط، بالإضافة إلى التماثل بين تسلسلات النهاية 5' و3' المحفوظة. [ 17 ] تشبه الديناميكيات البنيوية للنطاق السادس من الإنترون من المجموعة الثانية خلال خطوتي التحفيز في عملية التضفير تلك الخاصة باللولب المتفرع من الإنترون في الحمض النووي الريبوزي الصغير U2 الخاص بالجسيم التضفيري، مما يدعم بشكل أكبر الصلة التطورية بين آليتي التضفير. [ 5 ]

تشترك العديد من هذه البروتينات المشفرة بواسطة الإنترونات، بما في ذلك LtrA ، في نطاق النسخ العكسي و"النطاق X". [ 18 ] يُعدّ بروتين Maturase K (MatK) بروتينًا مشابهًا إلى حد ما للبروتينات المشفرة بواسطة الإنترونات، والموجودة في بلاستيدات النباتات الخضراء. وهو ضروري لعملية الربط الحيوي للإنترونات من المجموعة الثانية، ويمكن العثور عليه في إنترونات البلاستيدات الخضراء أو في الجينوم النووي. نطاق النسخ العكسي الخاص به معطل. [ 18 ]

نطاق البروتين

تشترك عناصر IEP من المجموعة الثانية في نطاق محفوظ ذي صلة، يُعرف باسم "النطاق X" في العضيات أو "GIIM" في البكتيريا، وهو غير موجود في العناصر الرجعية الأخرى. [ 19 ] [ 20 ] يُعد النطاق X ضروريًا لعملية التضفير في ميتوكوندريا الخميرة. [ 21 ] قد يكون هذا النطاق مسؤولاً عن التعرف على الحمض النووي الريبوزي (RNA) للإنترونات والارتباط به [ 20 ] أو الحمض النووي (DNA). [ 22 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليو، تيانشو؛ بايل، آنا م (2021-12-02). "اكتشاف إنترونات المجموعة الثانية ذاتية التضفير عالية التفاعل ضمن جينومات الميتوكوندريا للفطريات الممرضة للإنسان" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 49 (21): 12422-12432 . doi : 10.1093/nar/gkab1077 . ISSN 0305-1048 . PMC 8643640. PMID 34850132 .   
  2. 1 2 لامبويتز إيه إم، زيمرلي إس (أغسطس 2011). "إنترونات المجموعة الثانية: ريبوزيمات متنقلة تغزو الحمض النووي" . وجهات نظر كولد سبرينغ هاربور في علم الأحياء . 3 (8) a003616. doi : 10.1101/cshperspect.a003616 . PMC 3140690. PMID 20463000 .  
  3. ↑ سيثارامان م، إلدو ن.ف، بادجيت ر.أ، دايي ك.ت (فبراير 2006). "بنية نطاق المؤثر التحفيزي 5 للإنترون من المجموعة الثانية ذاتي التضفير: أوجه تشابه مع الحمض النووي الريبوزي U6 الخاص بالجسيم التضفيري" . الحمض النووي الريبوزي . 12 (2): 235-247 . doi : 10.1261/rna.2237806 . PMC 1370903. PMID 16428604 .  
  4. ↑ فالادخان س (مايو-يونيو 2010). "دور الحمض النووي الريبوزي الصغير في الموقع النشط للجسيم الرابط" . بيولوجيا الحمض النووي الريبوزي . 7 (3): 345-353 . doi : 10.4161/rna.7.3.12089 . PMID 20458185 . 
  5. 1 2 3 شو، لينغ؛ ليو، تيانشو؛ تشونغ، كيفن؛ بايل، آنا ماري (2023-12-21). "رؤى هيكلية حول تحفيز الإنترون وديناميكياته أثناء عملية التضفير" . مجلة نيتشر . 624 (7992): 682-688 . Bibcode : 2023Natur.624..682X . doi : 10.1038/ s41586-023-06746-6 . ISSN 0028-0836 . PMC 10733145. PMID 37993708 .   
  6. ^ كاربيرج إم، قوه إتش، تشونغ جيه، كون آر، بيروتكا جيه، لامبوويتز آم (ديسمبر 2001). “إنترونات المجموعة الثانية كجينات يمكن التحكم فيها تستهدف ناقلات التلاعب الجيني للبكتيريا”. نات للتكنولوجيا الحيوية . 19 (12): 1162– 7. دوى : 10.1038/nbt1201-1162 . بميد 11731786 . S2CID 18669663 .  
  7. ↑ سيريسي تي، روستين دبليو، تشون إيه، بوتارد إم، سالانوبات إم، تولونين إيه سي (ديسمبر 2019). " نظام تارغتيرون-ريكومبيناز للهندسة الجينية واسعة النطاق لبكتيريا كلوستريديا" . mSphere . 4 (6) e00710-19. doi : 10.1128/mSphere.00710-19 . PMC 6908422. PMID 31826971 .  
  8. ↑ دي لينكاستر أ، هاميل س، بايل أ.م. (يوليو 2005). "منطقة موقع نشط واحدة لإنترون من المجموعة الثانية". مجلة نيتشر للبيولوجيا التركيبية والجزيئية . 12 (7): 626-627 . doi : 10.1038/nsmb957 . PMID 15980867. S2CID 27639877 .  
  9. ↑ تور، نافتيج؛ كيتينج، كيفن س.؛ تايلور، شون د.؛ بايل، آنا ماري (2008-04-04). " البنية البلورية لإنترون المجموعة الثانية ذاتي الربط" . مجلة ساينس . 320 (5872): 77-82 . doi : 10.1126/science.1153803 . ISSN 0036-8075 . PMC 4406475. PMID 18388288 .   
  10. ↑ سوماروثو إس، ليجيفيتش إم، كيتينغ كيه إس، بايل إيه إم (فبراير 2014). "تصوير إنترون المجموعة IIB من ai5γ" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 42 (3): 1947-1958 . doi : 10.1093/nar/gkt1051 . PMC 3919574. PMID 24203709 .  
  11. ↑ كيتينغ كيه إس، تور إن، بيرلمان بي إس، بايل إيه إم (يناير 2010). "تحليل بنيوي للموقع النشط للإنترون من المجموعة الثانية وآثاره على الجسيم الرابط" . الحمض النووي الريبوزي . 16 (1): 1-9 . doi : 10.1261/rna.1791310 . PMC 2802019. PMID 19948765 .  
  12. ↑ تشان، راسل ت.؛ بيترز، جيسيكا ك.؛ روبارت، آرون ر.؛ ويريامان، تيموثي؛ راجاشانكار، كاناجالاغاتا ر.؛ تور، نافتيج (2018-11-08). "الأساس البنيوي للخطوة الثانية من وصل الإنترونات من المجموعة الثانية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 9 (1): 4676. doi : 10.1038/s41467-018-06678-0 . ISSN 2041-1723 . PMC 6224600. PMID 30410046 .   
  13. ↑ مارشيا، ماركو؛ بايل، آنا ماري (أكتوبر 2012). "تصوير تحفيز الإنترون من المجموعة الثانية خلال مراحل التضفير" . الخلية . 151 (3): 497-507 . doi : 10.1016/j.cell.2012.09.033 . PMC 3628766 . 
  14. ↑ هاك، دانيال ب.؛ يان، شياودونغ؛ تشانغ، تشنغ؛ هينغي، جيسون؛ ليومكيس، ديمتري؛ بيكر، تيموثي س.؛ تور، نافتيج (يوليو 2019). "بنية المجهر الإلكتروني فائق البرودة لعملية الربط العكسي لإنترون من المجموعة الثانية في الحمض النووي" . مجلة Cell . 178 (3): 612–623.e12. doi : 10.1016/j.cell.2019.06.035 . PMC 6662634. PMID 31348888 .  
  15. ↑ روث أ، واينبرغ ز، فاندرشورين ك، موردوك م هـ، بريكر ر ر (ديسمبر 2021). "إنترونات المجموعة الثانية ذات الترتيب الدائري الطبيعي في البكتيريا تُنتج حلقات من الحمض النووي الريبي" . iScience . 24 ( 12) 103431. Bibcode : 2021iSci...24j3431R . doi : 10.1016/j.isci.2021.103431 . PMC 8637638. PMID 34901790 .  
  16. ↑ بيبلز سي إل، بيرلمان بي إس، مكلنبورغ كيه إل، بيترلو إم إل، تابور جيه إتش، جاريل كيه إيه، تشينغ إتش إل (يناير 1986). "حمض نووي ريبوزي ذاتي التضفير يستأصل حلقة إنترونية". الخلية . 44 (2): 213-223 . doi : 10.1016 / 0092-8674(86)90755-5 . PMID 3510741. S2CID 42307152 .  
  17. ↑ غوردون، بي. إم.، سونثيمر، إي. جيه. ، بيتشيريللي، جيه. إيه. (فبراير 2000). " تحفيز أيونات المعادن خلال خطوة ربط الإكسونات في عملية التضفير النووي للرنا الرسول الأولي: توسيع أوجه التشابه بين الجسيم التضفيري والإنترونات من المجموعة الثانية" . مجلة الرنا . 6 (2) S1355838200992069: 199-205 . doi : 10.1017/S1355838200992069 . PMC 1369906. PMID 10688359 .  
  18. أهلرت د ، بيبنبورغ ك، كودلا ج، بوك ر (يوليو 2006). "الأصل التطوري لإنترون المجموعة الثانية في الميتوكوندريا النباتية من سلف مشفر للناسخ العكسي/الماتوراز". مجلة أبحاث النبات . 119 (4): 363-371 . Bibcode : 2006JPlR..119..363A . doi : 10.1007/s10265-006-0284-0 . PMID 16763758. S2CID 8277547 .  
  19. ↑ موهر، جي، بيرلمان، بي إس، لامبويتز، إيه إم (نوفمبر 1993). "العلاقات التطورية بين البروتينات المشفرة بواسطة إنترونات المجموعة الثانية وتحديد نطاق محفوظ قد يكون مرتبطًا بوظيفة النضج" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 21 (22): 4991-4997 . doi : 10.1093/nar/21.22.4991 . PMC 310608. PMID 8255751 .  
  20. سينترون د ، روي ب.هـ. (مايو 2002). "وجود إنترون من المجموعة الثانية في سلالة من بكتيريا Serratia marcescens متعددة المقاومة تحتوي على ثلاثة إنترونات وجين اندماجي جديد" . العوامل المضادة للميكروبات والعلاج الكيميائي . 46 (5): 1402-1409 . doi : 10.1128/AAC.46.5.1402-1409.2002 . PMC 127176. PMID 11959575 .  
  21. ↑ موران جيه في، مكلنبورغ كيه إل، ساس بي، بيلشر إس إم، مانكه دي، ليوين إيه، بيرلمان بي (يونيو 1994). "طفرات معيبة في عملية التضفير لجين COXI في الحمض النووي للميتوكوندريا في الخميرة: التعريف الأولي لنطاق النضج في الإنترون αI2 من المجموعة الثانية" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 22 (11): 2057-2064 . doi : 10.1093/nar/22.11.2057 . PMC 308121. PMID 8029012 .  
  22. ↑ غو هـ، زيمرلي س، بيرلمان ب س، لامبويتز أ م (نوفمبر 1997). "تستخدم إنزيمات النوكلياز الداخلية للإنترونات من المجموعة الثانية وحدات فرعية من الحمض النووي الريبي والبروتين للتعرف على تسلسلات محددة في الحمض النووي المزدوج" . مجلة EMBO . 16 (22): 6835-48 . doi : 10.1093/emboj/16.22.6835 . PMC 1170287. PMID 9362497 .  

للمزيد من القراءة