التعديل ما بعد النسخ

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

التعديل النسخي أو التعديل المصاحب للنسخ هو مجموعة من العمليات البيولوجية الشائعة في معظم الخلايا حقيقية النواة، حيث يتم من خلالها تغيير النسخة الأولية من الحمض النووي الريبوزي (RNA) كيميائيًا بعد نسخها من الجين ، لإنتاج جزيء RNA ناضج وظيفيًا، قادر على مغادرة النواة وأداء وظائف متنوعة داخل الخلية. [ 1 ] وهناك أنواع عديدة من التعديلات اللاحقة للنسخ، والتي تتم عبر مجموعة متنوعة من الآليات الجزيئية.

من الأمثلة على ذلك تحويل نسخ الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي إلى حمض نووي ريبوزي رسول ناضج، قادر بدوره على الترجمة إلى بروتين . تتضمن هذه العملية ثلاث خطوات رئيسية تُعدّل بشكل كبير التركيب الكيميائي لجزيء الحمض النووي الريبوزي: إضافة غطاء 5' ، وإضافة ذيل متعدد الأدينين 3' ، وعملية التضفير . تُعدّ هذه المعالجة ضرورية للترجمة الصحيحة لجينومات حقيقيات النوى ، لأن الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي الناتج عن النسخ غالبًا ما يحتوي على كل من الإكسونات (تسلسلات ترميزية) والإنترونات (تسلسلات غير ترميزية). تعمل عملية التضفير على إزالة الإنترونات وربط الإكسونات مباشرةً، بينما يُسهّل الغطاء والذيل نقل الحمض النووي الريبوزي الرسول إلى الريبوسوم ويحميانه من التحلل الجزيئي. [ 2 ]

قد تحدث تعديلات ما بعد النسخ أيضًا أثناء معالجة النسخ الأخرى التي تصبح في النهاية الحمض النووي الريبوزي الناقل ، أو الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي ، أو أي نوع آخر من أنواع الحمض النووي الريبوزي التي تستخدمها الخلية.

معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)

مخطط بنية الجينات في حقيقيات النوى
تحتوي الصورة أعلاه على روابط قابلة للنقر
بنية جين ترميز البروتين في حقيقيات النوى . يتحكم التسلسل التنظيمي في زمان ومكان التعبير عن منطقة ترميز البروتين (باللون الأحمر). تنظم مناطق المحفز والمعزز (باللون الأصفر) نسخ الجين إلى ما قبل mRNA، والذي يُعدَّل لإزالة الإنترونات ( باللون الرمادي الفاتح) وإضافة غطاء 5' وذيل متعدد الأدينين (باللون الرمادي الداكن). تنظم المناطق غير المترجمة 5' و 3' من mRNA (باللون الأزرق) عملية الترجمة إلى المنتج البروتيني النهائي. [ 3 ]
مخطط بنية جينات بدائيات النوى
تحتوي الصورة أعلاه على روابط قابلة للنقر
بنية أوبيرون بدائيات النوى لجينات ترميز البروتين . يتحكم التسلسل التنظيمي في وقت التعبير عن مناطق ترميز البروتين المتعددة (باللون الأحمر). تنظم مناطق المحفز والمشغل والمعزز (باللون الأصفر) نسخ الجين إلى mRNA. تنظم المناطق غير المترجمة من mRNA (باللون الأزرق) عملية الترجمة إلى منتجات البروتين النهائية. [ 3 ]

معالجة لمدة 5 دقائق

التغطية

تتضمن عملية إضافة غطاء إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA) إضافة 7-ميثيل غوانوزين (m7G ) إلى الطرف 5'. ولتحقيق ذلك، يجب إزالة مجموعة الفوسفات الطرفية 5'، ويتم ذلك بمساعدة إنزيم ثلاثي فوسفاتاز الحمض النووي الريبوزي . ثم يحفز إنزيم غوانوزيل ترانسفيراز التفاعل، مما ينتج عنه طرف ثنائي الفوسفات 5'. بعد ذلك، يهاجم الطرف ثنائي الفوسفات 5 ' ذرة الفوسفور ألفا لجزيء GTP لإضافة بقايا الغوانين في رابطة ثلاثية الفوسفات 5'5'. ينقل إنزيم (غوانين- N7 -)-ميثيل ترانسفيراز ("cap MTase") مجموعة ميثيل من S-أدينوزيل ميثيونين إلى حلقة الغوانين. [ 4 ] يُطلق على هذا النوع من الغطاء، الذي يحتوي فقط على (m7G ) ، اسم بنية الغطاء 0. قد يخضع الريبوز في النيوكليوتيد المجاور أيضًا لعملية مثيلة لتكوين غطاء 1. وتؤدي مثيلة النيوكليوتيدات الواقعة أسفل جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) إلى تكوين غطاء 2، وغطاء 3، وهكذا. في هذه الحالات، تُضاف مجموعات الميثيل إلى مجموعات الهيدروكسيل (OH) في الطرف 2' لسكر الريبوز. يحمي الغطاء الطرف 5' من النسخة الأولية للحمض النووي الريبي من هجوم إنزيمات الريبونيوكلياز التي تتخصص في روابط الفوسفودايستر 3'5' . [ 5 ] . تجدر الإشارة إلى أنه في النباتات وبعض حقيقيات النوى الأخرى، تم تحديد ثنائي نيوكليوتيد الأدينين والنيكوتيناميد كغطاء في النباتات والإنسان والخميرة، [ 6 ] حيث يقترح العلماء أن هذه قد تكون آلية لتنظيم التعبير الجيني عبر المستقلبات.

معالجة لمدة 3 دقائق

الانشطار والتذييل المتعدد للأدينين

تتضمن معالجة ما قبل mRNA عند الطرف 3' لجزيء RNA قطع هذا الطرف، ثم إضافة حوالي 250 من بقايا الأدينين لتكوين ذيل متعدد الأدينين (poly(A)) . تحدث تفاعلات القطع والأدينلة بشكل أساسي إذا وُجد تسلسل إشارة متعدد الأدينيلات (5'- AAUAAA-3') بالقرب من الطرف 3' لجزيء ما قبل mRNA، والذي يتبعه تسلسل آخر، عادةً (5'-CA-3')، وهو موقع القطع. كما يوجد عادةً تسلسل غني بـ GU في اتجاه المصب من جزيء ما قبل mRNA. وقد ثبت مؤخرًا أن تسلسلات إشارة بديلة، مثل UGUA الموجودة في اتجاه المنبع من موقع القطع، يمكنها أيضًا توجيه القطع والأدينلة في غياب إشارة AAUAAA. هاتان الإشارتان ليستا مستقلتين عن بعضهما البعض، وغالبًا ما تتواجدان معًا. بعد تخليق عناصر التسلسل، تُنقل عدة بروتينات متعددة الوحدات الفرعية إلى جزيء RNA. يتم نقل بروتينات الربط المتخصصة بالتسلسل، وهي عامل التحديد للقطع والتذييل المتعدد الأدينين (CPSF)، وعامل القطع الأول (CF I)، وعامل تحفيز القطع (CStF)، من بوليميراز الحمض النووي الريبي II . ترتبط هذه العوامل الثلاثة بعناصر التسلسل. يرتبط CPSF مباشرةً بإشارة AAUAAA. أما بالنسبة لمواقع المعالجة المعتمدة على UGUA، فيتم ربط المركب البروتيني المتعدد بواسطة عامل القطع الأول (CF I). يحتوي المركب البروتيني الناتج على عوامل قطع إضافية وإنزيم بوليميراز متعدد الأدينين (PAP). يقوم هذا المركب بقطع الحمض النووي الريبي بين تسلسل التذييل المتعدد الأدينين والتسلسل الغني بـ GU عند موقع القطع المحدد بتسلسلات (5'-CA-3'). بعد ذلك، يضيف بوليميراز متعدد الأدينين حوالي 200 وحدة أدينين إلى الطرف 3' الجديد لجزيء الحمض النووي الريبي باستخدام ATP كمادة أولية. أثناء عملية تصنيع ذيل البولي (أ)، يرتبط هذا الذيل بنسخ متعددة من بروتين ربط البولي (أ) ، مما يحمي الطرف 3' من هضم الريبونوكلياز بواسطة إنزيمات تشمل مركب CCR4-Not . [ 5 ]

وصل الإنترون

عملية التضفير هي عملية يتم من خلالها إزالة الإنترونات ، وهي مناطق من الحمض النووي الريبوزي لا تُشفّر بروتينات، من الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA)، وربط الإكسونات المتبقية لتكوين جزيء واحد متصل. الإكسونات هي أجزاء من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) تُترجم إلى بروتين، وهي الأجزاء المشفرة في جزيء mRNA. [ 7 ] على الرغم من أن معظم عمليات التضفير تحدث بعد اكتمال تخليق الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA) وتغطية نهاياته، إلا أنه يمكن تضفير النسخ التي تحتوي على العديد من الإكسونات أثناء عملية النسخ. [ 8 ] يُحفز تفاعل التضفير بواسطة مُركب بروتيني كبير يُسمى الجسيم التضفيري، ويتكون من بروتينات وجزيئات صغيرة من الحمض النووي الريبوزي النووي (RNA) التي تتعرف على مواقع التضفير في تسلسل الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA). يمكن تضفير العديد من أنواع الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA)، بما في ذلك تلك التي تُشفّر الأجسام المضادة ، بطرق متعددة لإنتاج أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبوزي الرسول الناضج (mRNA) التي تُشفّر تسلسلات بروتينية مختلفة . تُعرف هذه العملية باسم التضفير البديل ، وتسمح بإنتاج مجموعة كبيرة ومتنوعة من البروتينات من كمية محدودة من الحمض النووي.

معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول للهيستون

تُشكّل الهيستونات H2A وH2B وH3 وH4 نواة النيوكليوسوم ، ولذلك تُسمى بالهيستونات الأساسية . وتختلف معالجة الهيستونات الأساسية عن معالجة الهيستونات الأخرى، إذ يفتقر الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) النموذجي للهيستونات إلى العديد من خصائص الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في حقيقيات النوى الأخرى، مثل ذيل البولي أدينين والإنترونات. لذا، لا تخضع هذه الحموض النووية الريبوزية الرسولية (mRNA) لعملية التضفير، وتتم معالجتها عند الطرف 3' بشكل مستقل عن معظم عوامل القطع والتذييل المتعدد الأدينين. يحتوي الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) للهيستونات الأساسية على بنية جذعية حلقية خاصة عند الطرف 3'، يتعرف عليها بروتين رابط للبنية الجذعية الحلقية وتسلسل لاحق يُسمى عنصر الهيستون اللاحق (HDE)، والذي يستقطب الحمض النووي الريبوزي النووي الصغير U7 (snRNA ) . يقوم عامل التحديد 73 للقطع والتذييل المتعدد الأدينين بقطع الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) بين البنية الجذعية الحلقية وعنصر الهيستون اللاحق (HDE) [ 9 ] .

أما متغيرات الهيستون، مثل H2A.Z أو H3.3، فلها إنترونات وتتم معالجتها مثل جزيئات mRNA العادية بما في ذلك التضفير والتذييل متعدد الأدينين. [ 9 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كيس تي (يوليو 2001). "تعديل ما بعد النسخ للحمض النووي الريبوزي الخلوي الموجه بواسطة الحمض النووي الريبوزي النووي الصغير" . مجلة EMBO . 20 (14): 3617-22 . doi : 10.1093/emboj/20.14.3617 . PMC 125535. PMID 11447102 .  
  2. ^ بيرج وتيموشكو وسترير 2007 ، ص. 836 خطأ harvnb: لا يوجد هدف: CITEREFBergTymoczkoStryer2008 ( مساعدة ) 
  3. 1 2 شافي، توماس؛ لوي، روهان (2017). "بنية الجينات في حقيقيات النوى وبدائيات النوى" . مجلة ويكي الطبية . 4 (1). doi : 10.15347/wjm/2017.002 . ISSN 2002-4436 . 
  4. ↑ يامادا-أوكابي تي، ميو تي، كاشيما واي، ماتسوي إم، أريساوا إم، يامادا-أوكابي إتش (نوفمبر 1999). "جين المبيضات البيضاء لإنزيم ميثيل ترانسفيراز 5-كاب mRNA: تحديد بقايا إضافية ضرورية للحفز" . علم الأحياء الدقيقة . 145 (الجزء 11) (11): 3023-33 . doi : 10.1099/00221287-145-11-3023 . PMID 10589710 . 
  5. 1 2 Hames & Hooper 2006 ، ص 221 خطأ harvnb: لا يوجد هدف: CITEREFHamesHopper2008 ( مساعدة ) 
  6. ↑ وانغ، يوان؛ لي، شاو فانغ؛ تشاو، يونغ هوي؛ يو، تشن جيانغ؛ لي، براندون؛ غونغ، تشي تشونغ؛ مو، بي شين؛ شيا، يي جي؛ تشن، شو مي (11 يونيو 2019). "تنتشر جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) ذات الغطاء NAD+ على نطاق واسع في النسخ الجيني لنبات الأرابيدوبسيس، ومن المحتمل أن تكون قابلة للترجمة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 116 (24): 12094-12102 . doi : 10.1073/pnas.1903682116 . ISSN 1091-6490 . PMC 6575598. PMID 31142655 .   
  7. ↑ علم الأحياء . دار نشر ماكجرو هيل. 2014. الصفحات 241-242 . ISBN  978-981-4581-85-1.
  8. ↑ لوديش إتش إف، بيرك إيه، كايزر سي، كريجر إم، سكوت إم بي، بريتشر إيه، بلوغ إتش، ماتسودايرا بي تي (2007). "الفصل 8: التحكم الجيني بعد النسخ". بيولوجيا الخلية الجزيئية . سان فرانسيسكو: دبليو إتش فريمان. ISBN 978-0-7167-7601-7.
  9. 1 2 مارزلوف، دبليو إف، وواغنر، إي جيه، ودورونيو، آر جيه (نوفمبر 2008). "استقلاب وتنظيم الحمض النووي الريبوزي الرسول للهيستونات الكلاسيكية: الحياة بدون ذيل متعدد الأدينين" . مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 9 (11): 843-54 . doi : 10.1038/nrg2438 . PMC 2715827. PMID 18927579 .  

للمزيد من القراءة