تداخل الحمض النووي الريبوزي

تُعدّ الميكرو الحمض النووي الريبوزي (miRNAs) جزيئات حمض نووي ريبوزي غير مشفرة مُشفّرة جينيًا ، تُساعد في تنظيم التعبير الجيني ، لا سيما أثناء النمو . ^{[ 18 ]} تشمل ظاهرة التداخل الريبوزي (RNAi)، بمفهومها الواسع، تأثيرات إسكات الجينات المُستحثة داخليًا بواسطة الميكرو الحمض النووي الريبوزي، بالإضافة إلى الإسكات المُحفز بواسطة الحمض النووي الريبوزي ثنائي السلسلة (dsRNA) الخارجي. تتشابه الميكرو الحمض النووي الريبوزي الناضجة بنيويًا مع جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة (siRNAs) المُنتجة من الحمض النووي الريبوزي ثنائي السلسلة الخارجي، ولكن قبل بلوغها النضج، يجب أن تخضع الميكرو الحمض النووي الريبوزي أولًا لتعديلات واسعة النطاق بعد النسخ . يُعبّر عن الميكرو الحمض النووي الريبوزي من جين مُشفّر للحمض النووي الريبوزي أطول بكثير كنسخة أولية تُعرف باسم pri-miRNA ، والتي تُعالج في نواة الخلية إلى بنية جذعية حلقية مكونة من 70 نيوكليوتيدًا تُسمى pre-miRNA بواسطة مُركّب المعالجة الدقيقة . يتكون هذا المُركّب من إنزيم RNase III يُسمى Drosha وبروتين رابط للحمض النووي الريبوزي ثنائي السلسلة يُسمى DGCR8 . يرتبط جزء الحمض النووي الريبوزي المزدوج السلسلة (dsRNA) من هذا الحمض النووي الريبوزي الميكروي الأولي (pre-miRNA) ويُقطع بواسطة إنزيم دايسر (Dicer) لإنتاج جزيء الحمض النووي الريبوزي الميكروي الناضج (miRNA) الذي يمكن دمجه في مُركب RISC؛ وبالتالي، يشترك كل من الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) والحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) في نفس الآلية الخلوية اللاحقة. ^{[ 19 ]} وُصف الحمض النووي الريبوزي الميكروي المُشفّر فيروسيًا لأول مرة في فيروس إبشتاين-بار (EBV). ^{[ 20 ]} بعد ذلك، وُصف عدد متزايد من الحمض النووي الريبوزي الميكروي في الفيروسات. يُعد VIRmiRNA فهرسًا شاملًا يُغطي الحمض النووي الريبوزي الميكروي الفيروسي، وأهدافه، والحمض النووي الريبوزي الميكروي المضاد للفيروسات ^{[ 21 ]} (انظر أيضًا مورد VIRmiRNA: http://crdd.osdd.net/servers/virmirna/).

تختلف جزيئات siRNA المشتقة من طليعة dsRNA الطويلة عن جزيئات miRNA في أن جزيئات miRNA، وخاصةً تلك الموجودة في الحيوانات، عادةً ما يكون اقتران قواعدها مع الهدف غير مكتمل، مما يؤدي إلى تثبيط ترجمة العديد من جزيئات mRNA المختلفة ذات التسلسلات المتشابهة. في المقابل، عادةً ما يكون اقتران قواعد جزيئات siRNA مثاليًا، وتحفز انقسام mRNA في هدف واحد محدد فقط. ^{[ 22 ]} في ذبابة الفاكهة (Drosophila) والديدان الأسطوانية (C. elegans) ، تتم معالجة جزيئات miRNA وsiRNA بواسطة بروتينات Argonaute وإنزيمات Dicer مختلفة. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

تحتوي المناطق غير المترجمة 3′ (3′UTRs) في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) غالبًا على تسلسلات تنظيمية تُحفز تداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi) بعد النسخ. وتحتوي هذه المناطق عادةً على مواقع ارتباط لكل من الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) والبروتينات التنظيمية. ومن خلال الارتباط بمواقع محددة داخل منطقة 3′UTR، يُمكن للحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) أن يُقلل من التعبير الجيني لأنواع مختلفة من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إما عن طريق تثبيط الترجمة أو التسبب مباشرةً في تحلل النسخة. وقد تحتوي منطقة 3′UTR أيضًا على مناطق كابحة ترتبط ببروتينات كابحة تُثبط التعبير عن الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA).

غالباً ما تحتوي منطقة 3′-UTR على عناصر استجابة الحمض النووي الريبوزي الميكروي (MREs) . وعناصر الاستجابة هذه عبارة عن تسلسلات ترتبط بها جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروي. وهي أنماط شائعة ضمن مناطق 3′-UTR. ومن بين جميع الأنماط التنظيمية ضمن مناطق 3′-UTR (بما في ذلك مناطق كبت التعبير الجيني)، تشكل عناصر الاستجابة هذه حوالي نصف الأنماط.

اعتبارًا من عام 2023، احتوى موقع miRBase الإلكتروني ^{[ 25 ]} ، وهو أرشيف لتسلسلات miRNA وشروحها، على 28,645 مدخلًا في 271 نوعًا بيولوجيًا. من بين هذه المدخلات، وُجد 1,917 miRNA في مواقع miRNA بشرية مُشروحة. وتشير التوقعات إلى أن miRNAs لها ما يقارب 400 mRNA مستهدف في المتوسط ​​(مما يؤثر على التعبير عن مئات الجينات). ^{[ 26 ]} ويُقدّر فريدمان وآخرون ^{[ 26 ]} أن أكثر من 45,000 موقع مستهدف لـ miRNA ضمن مناطق 3′UTR لـ mRNA البشري محفوظة فوق مستويات الخلفية، وأن أكثر من 60% من الجينات البشرية المُشفّرة للبروتينات قد خضعت لضغط انتقائي للحفاظ على ارتباطها بـ miRNAs.

تُظهر التجارب المباشرة أن جزيء miRNA واحدًا يُمكنه تقليل استقرار مئات من جزيئات mRNA الفريدة. ^{[ 27 ]} وتُظهر تجارب أخرى أن جزيء miRNA واحدًا قد يُثبط إنتاج مئات البروتينات، ولكن هذا التثبيط غالبًا ما يكون طفيفًا نسبيًا (أقل من الضعف). ^{[ 28 ] [ 29 ]}

يبدو أن تأثيرات اضطراب التعبير الجيني بواسطة الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) مهمة في السرطان. ^{[ 30 ]} على سبيل المثال، في سرطانات الجهاز الهضمي، تم تحديد تسعة أنواع من الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) على أنها متغيرة وراثيًا وفعالة في تثبيط إنزيمات إصلاح الحمض النووي. ^{[ 31 ]}

يبدو أن تأثيرات اضطراب التعبير الجيني بواسطة الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) مهمة أيضاً في الاضطرابات النفسية العصبية، مثل الفصام، والاضطراب ثنائي القطب، والاكتئاب الشديد، ومرض باركنسون، ومرض الزهايمر، واضطرابات طيف التوحد. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

يتم الكشف عن الحمض النووي الريبوزي المزدوج الخارجي وربطه ببروتين مُؤثِّر، يُعرف باسم RDE-4 في الدودة الأسطوانية C. elegans وR2D2 في ذبابة الفاكهة ، والذي يُحفِّز نشاط إنزيم دايسر. ^{[ 15 ]} يرتبط هذا البروتين فقط بالحمض النووي الريبوزي المزدوج الطويل، ولكن الآلية التي تُنتج هذه الخصوصية في الطول غير معروفة. ^{[ 15 ]} بعد ذلك، يُسهِّل هذا البروتين الرابط للحمض النووي الريبوزي نقل جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة المُقسَّمة إلى مُركَّب RISC. ^{[ 35 ]}

في دودة C. elegans، تتضخم استجابة البدء هذه من خلال تخليق مجموعة من جزيئات siRNA "الثانوية"، حيث تُستخدم جزيئات siRNA الأولية أو "البادئة" التي ينتجها إنزيم Dicer كقوالب. ^{[ 16 ]} تختلف جزيئات siRNA "الثانوية" هذه بنيويًا عن جزيئات siRNA التي ينتجها إنزيم Dicer، ويبدو أنها تُنتَج بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RdRP). ^{[ 17 ]}

المكونات النشطة لمركب إسكات الجينات المُحفَّز بالحمض النووي الريبوزي (RISC) هي إنزيمات نووية داخلية تُسمى بروتينات أرجونوت، والتي تقطع سلسلة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المستهدفة المُكملة لجزيء الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) المرتبط بها. ^{[ 6 ]} ولأن الشظايا التي يُنتجها إنزيم دايسر (Dicer) ثنائية السلسلة، فمن الممكن نظريًا أن تُنتج كل منها جزيء siRNA وظيفيًا. مع ذلك، فإن سلسلة واحدة فقط من السلسلتين، تُعرف بالسلسلة الدليلية ، هي التي ترتبط ببروتين أرجونوت وتُوجه عملية إسكات الجينات. أما السلسلة المضادة للدليل، أو السلسلة المرافقة ، فتتحلل أثناء تنشيط مركب RISC. ^{[ 36 ]} على الرغم من الاعتقاد السائد في البداية بأن إنزيم هيليكاز مُعتمد على الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) هو الذي يفصل هاتين السلسلتين، ^{[ 37 ]} فقد ثبت أن هذه العملية مستقلة عن الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وتُنفذ مباشرةً بواسطة المكونات البروتينية لمركب RISC. ^{[ 3 ] [ 38 ]} مع ذلك، أظهر تحليل حركي في المختبر لتداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi) في وجود وغياب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) أن الأدينوسين ثلاثي الفوسفات قد يكون ضروريًا لفكّ وإزالة سلسلة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المقطوعة من مُركّب RISC بعد التحفيز. ^{[ 39 ]} تميل السلسلة الدليلة إلى أن تكون تلك التي يكون طرفها 5′ أقل استقرارًا في الاقتران مع مُكمّلها، ^{[ 40 ]} لكن اختيار السلسلة لا يتأثر بالاتجاه الذي يقطع فيه إنزيم دايسر الحمض النووي الريبوزي المزدوج (dsRNA) قبل دمجه في مُركّب RISC. ^{[ 41 ]} بدلًا من ذلك، قد يعمل بروتين R2D2 كعامل تمييز من خلال الارتباط بالطرف 5′ الأكثر استقرارًا للسلسلة المرافقة. ^{[ 42 ]}

تم فحص الأساس البنيوي لارتباط الحمض النووي الريبي (RNA) ببروتين أرجونوت باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية لمنطقة الارتباط في بروتين أرجونوت المرتبط بالحمض النووي الريبي. في هذه المنطقة، يدخل الطرف 5′ المُفسفر لسلسلة الحمض النووي الريبي إلى جيب سطحي قاعدي محفوظ ، ويُكوّن روابط عبر كاتيون ثنائي التكافؤ (ذرة ذات شحنتين موجبتين) مثل المغنيسيوم ، وعن طريق التراص العطري (عملية تسمح لأكثر من ذرة بمشاركة إلكترون واحد عن طريق تبادله) بين النيوكليوتيد 5′ في الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير (siRNA) وبقايا التيروسين المحفوظة . يُعتقد أن هذا الموقع يُشكّل نواة ارتباط الحمض النووي الريبي المتداخل الصغير (siRNA) بهدفه من الحمض النووي الريبي الرسول (mRNA). ^{[ 43 ]} أظهر تحليل التأثير المثبط لعدم التطابق في كل من طرفي 5' أو 3' من السلسلة الدليلية أن الطرف 5' من السلسلة الدليلية هو المسؤول على الأرجح عن مطابقة وربط الحمض النووي الريبوزي الرسول المستهدف، بينما الطرف 3' مسؤول عن الترتيب الفيزيائي للحمض النووي الريبوزي الرسول المستهدف في منطقة RISC مواتية للانقسام. ^{[ 39 ]}

لا يزال غير مفهوم كيف يحدد مُركّب RISC المُنشّط مواقع mRNA المُكمّلة داخل الخلية. على الرغم من اقتراح ربط عملية الانقسام بالترجمة ، إلا أن ترجمة mRNA المستهدف ليست ضرورية للتحلل بوساطة RNAi. ^{[ 44 ]} في الواقع، قد يكون RNAi أكثر فعالية ضد mRNA المستهدف غير المُترجم. ^{[ 45 ]} تتمركز بروتينات Argonaute في مناطق مُحددة في السيتوبلازم تُسمى أجسام P (وتُسمى أيضًا الأجسام السيتوبلازمية أو أجسام GW)، وهي مناطق ذات معدلات عالية لتحلل mRNA؛ ^{[ 46 ]} كما يتجمع نشاط miRNA في أجسام P. ^{[ 47 ]} يُقلل تعطيل أجسام P من كفاءة RNAi، مما يُشير إلى أنها موقع حاسم في عملية RNAi. ^{[ 48 ]}

تُستخدم مكونات مسار التداخل الرناوي (RNAi) في العديد من حقيقيات النوى للحفاظ على تنظيم وبنية جينوماتها . ويؤدي تعديل الهستونات وما يرتبط به من تحفيز لتكوين الكروماتين المغاير إلى تثبيط الجينات قبل النسخ ؛ ^{[ 50 ]} وتُعرف هذه العملية باسم إسكات النسخ المُحفز بالرنا (RITS)، ويتم تنفيذها بواسطة مُركب بروتيني يُسمى مُركب RITS. في خميرة الانشطار، يحتوي هذا المُركب على بروتين أرجونوت، وبروتين نطاق الكرومودومين Chp1، وبروتين يُسمى Tas3 ذي وظيفة غير معروفة. ^{[ 51 ]} ونتيجةً لذلك، يتطلب تحفيز وانتشار مناطق الكروماتين المغاير بروتيني أرجونوت وRdRP. ^{[ 52 ]} في الواقع، يؤدي حذف هذه الجينات في خميرة الانشطار S. pombe إلى تعطيل مثيلة الهستونات وتكوين السنترومير ، ^{[ 53 ]} مما يُسبب بطء أو توقف الطور الانفصالي أثناء انقسام الخلية . ^{[ 54 ]} في بعض الحالات، لوحظ أن عمليات مماثلة مرتبطة بتعديل الهيستون تؤدي إلى زيادة التعبير الجيني. ^{[ 55 ]}

لا تزال الآلية التي يحفز بها معقد RITS تكوين وتنظيم الكروماتين المغاير غير مفهومة تمامًا. ركزت معظم الدراسات على منطقة التزاوج في الخميرة الانشطارية، والتي قد لا تمثل الأنشطة في مناطق جينومية/كائنات حية أخرى. في الحفاظ على مناطق الكروماتين المغاير الموجودة، يشكل RITS معقدًا مع جزيئات siRNA المكملة للجينات المحلية، ويرتبط بثبات بالهيستونات الميثيلية المحلية، ويعمل بالتزامن مع عملية النسخ لتحليل أي نسخ أولية من mRNA حديثة التكوين التي يبدأها بوليميراز الحمض النووي الريبي . يعتمد تكوين منطقة الكروماتين المغاير هذه، وليس الحفاظ عليها، على إنزيم Dicer، على الأرجح لأن Dicer مطلوب لتوليد المجموعة الأولية من جزيئات siRNA التي تستهدف النسخ اللاحقة. ^{[ 56 ]} وقد اقتُرح أن الحفاظ على الكروماتين المغاير يعمل كحلقة تغذية راجعة ذاتية التعزيز، حيث يتم تكوين جزيئات siRNA جديدة من النسخ الحديثة التكوين بواسطة RdRP لدمجها في معقدات RITS المحلية. ^{[ 57 ]} إن أهمية الملاحظات المستقاة من مناطق التزاوج والسنتروميرات في خميرة الانشطار بالنسبة للثدييات غير واضحة، إذ قد يكون الحفاظ على الكروماتين المغاير في خلايا الثدييات مستقلاً عن مكونات مسار التداخل الرناوي. ^{[ 58 ]}

يُعدّ نوع تعديل الحمض النووي الريبوزي (RNA) الأكثر شيوعًا في حقيقيات النوى العليا هو تحويل نيوكليوتيدات الأدينوزين إلى إينوزين في الحمض النووي الريبوزي المزدوج (dsRNA) عبر إنزيم أدينوزين دي أميناز (ADAR). ^{[ 59 ]} وقد طُرح لأول مرة عام 2000 أن مساري تداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi) وتعديل الحمض النووي الريبوزي A→I قد يتنافسان على ركيزة مشتركة من الحمض النووي الريبوزي المزدوج. ^{[ 60 ]} تخضع بعض جزيئات ما قبل الحمض النووي الريبوزي الميكروي (pre-miRNA) لتعديل الحمض النووي الريبوزي A→I ^{[ 61 ] [ 62 ]} ، وقد تُنظّم هذه الآلية معالجة وتعبير جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروي الناضجة. ^{[ 62 ]} علاوة على ذلك، يستطيع إنزيم ADAR واحد على الأقل في الثدييات عزل جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA ) عن مكونات مسار تداخل الحمض النووي الريبوزي. ^{[ 63 ]} ويأتي دعم إضافي لهذا النموذج من دراسات أُجريت على سلالات C. elegans المُفتقرة لإنزيم ADAR ، والتي تُشير إلى أن تعديل الحمض النووي الريبوزي A→I قد يُعاكس إسكات الحمض النووي الريبوزي RNAi للجينات الداخلية والجينات المُدخلة. ^{[ 64 ]}

تختلف الكائنات الحية في قدرتها على امتصاص الحمض النووي الريبوزي المزدوج السلسلة الغريب واستخدامه في مسار التداخل الريبوزي (RNAi). قد تكون تأثيرات التداخل الريبوزي شاملة ووراثية في النباتات والديدان الأسطوانية (C. elegans) ، ولكن ليس في ذبابة الفاكهة أو الثدييات. في النباتات، يُعتقد أن التداخل الريبوزي ينتشر عن طريق نقل جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) بين الخلايا عبر البلازموديزما (قنوات في جدران الخلايا تُمكّن التواصل والنقل). ^{[ 37 ]} تنشأ الوراثة من مثيلة المحفزات المستهدفة بواسطة التداخل الريبوزي؛ حيث يُنسخ نمط المثيلة الجديد في كل جيل جديد من الخلية. ^{[ 66 ]} يكمن أحد الفروق العامة بين النباتات والحيوانات في استهداف جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) المنتجة داخليًا؛ ففي النباتات، عادةً ما تكون جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروي مُكملة تمامًا أو شبه تمامًا لجيناتها المستهدفة، وتحفز انقسام الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) مباشرةً بواسطة مُركب RISC، بينما تميل جزيئات الحمض النووي الريبوزي الميكروي في الحيوانات إلى أن تكون أكثر تباينًا في التسلسل، وتحفز كبت الترجمة. ^{[ 65 ]} قد ينتج هذا التأثير الترجمي عن طريق تثبيط تفاعلات عوامل بدء الترجمة مع ذيل البولي أدينين الخاص بالـ mRNA . ^{[ 67 ]}

تفتقر بعض الأوليات حقيقية النواة ، مثل الليشمانيا الكبيرة والتريبانوسوما الكروزية، إلى مسار التداخل الرناوي (RNAi) تمامًا. ^{[ 68 ] [ 69 ]} كما تفتقر بعض الفطريات ، ولا سيما الكائن النموذجي Saccharomyces cerevisiae ، إلى معظم أو كل مكونات هذا المسار . ^{[ 70 ]} ويُظهر وجود التداخل الرناوي في أنواع أخرى من الخميرة المتبرعمة، مثل Saccharomyces castellii و Candida albicans ، أن تحفيز بروتينين مرتبطين بالتداخل الرناوي من S. castellii يُسهّل التداخل الرناوي في S. cerevisiae . ^{[ 71 ]} ويشير افتقار بعض الفطريات الزقية والفطريات البازيدية إلى مسارات التداخل الرناوي إلى أن البروتينات اللازمة لكتم الرنا قد فُقدت بشكل مستقل من العديد من السلالات الفطرية ، ربما بسبب تطور مسار جديد ذي وظيفة مماثلة، أو بسبب غياب ميزة انتقائية في بيئات معينة . ^{[ 72 ]}

يتأثر التعبير الجيني في بدائيات النوى بنظام قائم على الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يشبه في بعض جوانبه تقنية التداخل الريبوزي (RNAi). في هذه التقنية، تتحكم الجينات المشفرة للحمض النووي الريبوزي في وفرة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) أو ترجمته عن طريق إنتاج حمض نووي ريبوزي مكمل يرتبط بالحمض النووي الريبوزي الرسول. مع ذلك، لا تُعتبر هذه الأحماض النووية الريبوزية التنظيمية مماثلة للحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNA) عمومًا، لأن إنزيم دايسر (Dicer) غير متورط فيها. ^{[ 73 ]} وقد اقتُرح أن أنظمة التداخل CRISPR في بدائيات النوى مماثلة لأنظمة التداخل الريبوزي في حقيقيات النوى، على الرغم من أن أيًا من مكوناتها البروتينية ليس متماثلًا وظيفيًا . ^{[ 74 ]}

يُعدّ التداخل الرناوي (RNAi) جزءًا حيويًا من الاستجابة المناعية للفيروسات والمواد الوراثية الغريبة الأخرى ، لا سيما في النباتات حيث قد يمنع أيضًا التكاثر الذاتي للعناصر المتحركة. ^{[ 75 ]} تُعبّر نباتات مثل نبات الرشاد (Arabidopsis thaliana) عن العديد من نظائر إنزيم دايسر (Dicer ) المتخصصة في التفاعل بشكل مختلف عند تعرض النبات لفيروسات مختلفة. ^{[ 76 ]} حتى قبل فهم مسار التداخل الرناوي فهمًا كاملًا، كان معروفًا أن إسكات الجينات المُستحث في النباتات يمكن أن ينتشر في جميع أنحاء النبات بتأثير جهازي، ويمكن نقله من النبات الأم إلى النبات المُطعّم عن طريق التطعيم . ^{[ 77 ]} وقد اعتُرف بهذه الظاهرة منذ ذلك الحين كسمة من سمات الجهاز المناعي للنبات، والتي تسمح للنبات بأكمله بالاستجابة للفيروس بعد مواجهة موضعية أولية. ^{[ 78 ]} واستجابةً لذلك، طوّرت العديد من الفيروسات النباتية آليات معقدة لقمع استجابة التداخل الرناوي. ^{[ 79 ]} وتشمل هذه الآليات بروتينات فيروسية ترتبط بشظايا قصيرة من الحمض النووي الريبي ثنائي السلسلة ذات نهايات أحادية السلسلة بارزة، مثل تلك التي ينتجها إنزيم دايسر. ^{[ 80 ]} تُعبّر بعض جينومات النباتات أيضًا عن جزيئات siRNA داخلية المنشأ استجابةً للعدوى بأنواع محددة من البكتيريا . ^{[ 81 ]} قد تكون هذه التأثيرات جزءًا من استجابة عامة لمسببات الأمراض تُثبّط أي عملية أيضية في العائل تُساعد في عملية العدوى. ^{[ 82 ]}

على الرغم من أن الحيوانات تُظهر عمومًا عددًا أقل من متغيرات إنزيم دايسر مقارنةً بالنباتات، إلا أن التداخل الرناوي (RNAi) في بعض الحيوانات يُنتج استجابة مضادة للفيروسات. في كلٍ من ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا) اليافعة والبالغة ، يُعد التداخل الرناوي (RNAi) مهمًا في المناعة الفطرية المضادة للفيروسات، وهو فعال ضد مسببات الأمراض مثل فيروس X الخاص بذبابة الفاكهة . ^{[ 83 ] [ 84 ]} قد يكون له دور مماثل في المناعة في دودة C. elegans ، حيث يتم تنظيم بروتينات أرجونوت بشكل تصاعدي استجابةً للفيروسات، وتُظهر الديدان التي تُفرط في التعبير عن مكونات مسار التداخل الرناوي (RNAi) مقاومةً للعدوى الفيروسية. ^{[ 85 ] [ 86 ]}

لا يزال دور التداخل الرناوي (RNAi) في المناعة الفطرية لدى الثدييات غير مفهوم تمامًا، والبيانات المتوفرة عنه قليلة نسبيًا. مع ذلك، قد يُعد وجود فيروسات تحمل جينات قادرة على كبح استجابة التداخل الرناوي في خلايا الثدييات دليلًا يدعم فرضية اعتماد الاستجابة المناعية لدى الثدييات على التداخل الرناوي، ^{[ 87 ] [ 88 ]} على الرغم من أن هذه الفرضية وُوجهت بتحديات لضعف الأدلة الداعمة لها. ^{[ 89 ]} وقد قُدِّمت أدلة على وجود مسار وظيفي مضاد للفيروسات للتداخل الرناوي في خلايا الثدييات. ^{[ 90 ] [ 91 ]}

توجد وظائف أخرى لتقنية RNAi في الفيروسات التي تصيب الثدييات، مثل جزيئات miRNA التي يعبر عنها فيروس الهربس والتي قد تعمل كمحفزات لتنظيم الكروماتين المغاير للتوسط في الكمون الفيروسي. ^{[ 92 ]}

تُعدّ جزيئات miRNA المُعبَّر عنها داخليًا، بما في ذلك جزيئات miRNA الموجودة داخل الجينات وبينها ، ذات أهمية بالغة في كبح الترجمة ^{[ 65 ]} وفي تنظيم النمو، لا سيما فيما يتعلق بتوقيت التشكّل والحفاظ على أنواع الخلايا غير المتمايزة أو غير المتمايزة تمامًا، مثل الخلايا الجذعية . ^{[ 93 ]} وُصِف دور جزيئات miRNA المُعبَّر عنها داخليًا في خفض التعبير الجيني لأول مرة في دودة C. elegans عام 1993. ^{[ 94 ]} وفي النباتات، اكتُشِفَت هذه الوظيفة عندما تبيّن أن جزيء "JAW microRNA" في نبات الرشاد يشارك في تنظيم العديد من الجينات التي تتحكم في شكل النبات. ^{[ 95 ]} في النباتات، تُعدّ غالبية الجينات التي تُنظّمها جزيئات miRNA عوامل نسخ ؛ ^{[ 96 ]} وبالتالي، فإن نشاط جزيئات miRNA واسع النطاق بشكل خاص، إذ يُنظّم شبكات جينية كاملة أثناء النمو من خلال تعديل التعبير عن الجينات التنظيمية الرئيسية، بما في ذلك عوامل النسخ وبروتينات F-box . ^{[ 97 ]} في العديد من الكائنات الحية، بما في ذلك البشر، ترتبط جزيئات miRNA بتكوين الأورام واضطراب دورة الخلية . هنا، يمكن أن تعمل جزيئات miRNA كجينات ورمية وجينات كابحة للأورام . ^{[ 98 ]}

تثبيط الجينات هو أسلوب يُستخدم لتقليل التعبير عن جينات محددة في الكائن الحي. ويتم ذلك باستخدام عملية التداخل الرناوي (RNAi) الطبيعية. ^{[ 6 ]} تعتمد هذه التقنية على جزيء siRNA مزدوج السلسلة، مُصنّع بتسلسل مُكمّل للجين المستهدف. تبدأ سلسلة تفاعلات التداخل الرناوي بمجرد أن يبدأ إنزيم دايسر بمعالجة siRNA. وتؤدي النتيجة النهائية لهذه العملية إلى تحلل mRNA، مما يُعطّل أي تعليمات ضرورية لبناء بروتينات معينة. باستخدام هذه الطريقة، يتمكن الباحثون من تقليل (وليس القضاء التام على) التعبير عن جين مُستهدف. وقد تُظهر دراسة آثار هذا الانخفاض في التعبير الدور الفسيولوجي أو تأثير منتجات الجين المُستهدف. ^{[ 101 ] [ 102 ]}

استُخدمت تقنية التداخل الرناوي (RNAi) في تطبيقات زراعية متنوعة، بما في ذلك المحاصيل المعدلة وراثيًا والمبيدات الحشرية. وقد أدى استخدام هذه التقنية إلى تطوير العديد من المنتجات، مثل أطعمة كالتفاح القطبي ، والتبغ الخالي من النيكوتين، والقهوة منزوعة الكافيين، والنباتات المدعمة بالعناصر الغذائية، والمحاصيل المضادة للحساسية. ^{[ 165 ] [ 166 ] [ 167 ]} ويُبشّر الاستخدام المتزايد لتقنية التداخل الرناوي بإمكانية تطوير العديد من المنتجات الأخرى للاستخدام المستقبلي.

قد تتطلب مناهج تصميم مكتبات RNAi على مستوى الجينوم مستوىً أعلى من التعقيد مقارنةً بتصميم جزيء siRNA واحد لمجموعة محددة من الظروف التجريبية. تُستخدم الشبكات العصبية الاصطناعية بشكل متكرر لتصميم مكتبات siRNA ^{[ 181 ]} وللتنبؤ بكفاءتها المحتملة في تثبيط الجينات ^{[ 182 ]} . يُنظر إلى الفحص الجينومي الشامل على نطاق واسع كطريقة واعدة لترميز الجينوم ، وقد حفّز تطوير طرق فحص عالية الإنتاجية تعتمد على المصفوفات الدقيقة ^{[ 183 ] ​​[ 184 ]} .

يعتمد البحث في مجال التداخل الرناوي على نطاق الجينوم على تقنية الفحص عالي الإنتاجية (HTS). تتيح هذه التقنية فحص فقدان الوظيفة على مستوى الجينوم، وتُستخدم على نطاق واسع في تحديد الجينات المرتبطة بأنماط ظاهرية محددة. وقد وُصفت هذه التقنية بأنها موجة جينومية ثانية محتملة، بعد الموجة الأولى التي اعتمدت على مصفوفات التعبير الجيني ومنصات اكتشاف تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة . ^{[ 185 ]} تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لفحص التداخل الرناوي على نطاق الجينوم في قدرته على فحص آلاف الجينات في وقت واحد. وبفضل القدرة على توليد كميات هائلة من البيانات لكل تجربة، أدى فحص التداخل الرناوي على نطاق الجينوم إلى طفرة هائلة في معدلات توليد البيانات. ويُعد استغلال هذه المجموعات الضخمة من البيانات تحديًا أساسيًا، يتطلب أساليب إحصائية/معلوماتية حيوية مناسبة. تشمل العملية الأساسية لفحص التداخل الرناوي القائم على الخلايا اختيار مكتبة التداخل الرناوي، وأنواع خلايا قوية ومستقرة، ونقل عوامل التداخل الرناوي، والمعالجة/الحضانة، والكشف عن الإشارة، والتحليل، وتحديد الجينات المهمة أو الأهداف العلاجية. ^{[ 186 ]}

كانت عملية التداخل الرناوي (RNAi) تُعرف سابقًا باسم "التثبيط المشترك" و"الكبح" قبل اكتشاف آلية متعلقة بالرنا. وقد سبق اكتشاف التداخل الرناوي ملاحظاتٌ أوليةٌ لتثبيط النسخ بواسطة الرنا المضاد المُعبَّر عنه في النباتات المعدلة وراثيًا ، ^{[ 188 ]} وبشكلٍ مباشرٍ أكثر، تقاريرٌ عن نتائج غير متوقعة في تجارب أجراها علماء نباتات في الولايات المتحدة وهولندا في أوائل التسعينيات. [ ^{189 ] في} محاولة لتغيير ألوان أزهار البتونيا ، أدخل الباحثون نسخًا إضافية من جين يُشفِّر إنزيم سينثاز الكالكون ، وهو إنزيم رئيسي لتلوين الأزهار، في نباتات البتونيا ذات الأزهار الوردية أو البنفسجية عادةً. كان من المتوقع أن يؤدي التعبير الزائد عن الجين إلى أزهار أغمق، ولكنه تسبب بدلًا من ذلك في ظهور صبغة أرجوانية أقل وضوحًا في بعض الأزهار، وأحيانًا بأنماط متنوعة، مما يشير إلى أن نشاط إنزيم سينثاز الكالكون قد انخفض بشكل كبير أو تم تثبيطه بطريقة خاصة بالسياق. ظهرت ملاحظة مبكرة أخرى لظاهرة التداخل الرناوي (RNAi) من خلال دراسة فطر نيوروسبورا كراسا ^{[ 190 ]} ، على الرغم من أنها لم تُعرف على الفور بأنها ذات صلة. وأشارت دراسات لاحقة لهذه الظاهرة في النباتات إلى أن انخفاض التعبير الجيني كان نتيجة لتثبيط ما بعد النسخ للتعبير الجيني عبر زيادة معدل تحلل الرنا المرسال (mRNA) ^{[ 191 ]} . وقد أُطلق على هذه الظاهرة اسم التثبيط المشترك للتعبير الجيني ، لكن الآلية الجزيئية ظلت مجهولة ^{[ 192 ] .}

بعد فترة وجيزة، لاحظ علماء الفيروسات النباتية العاملون على تحسين مقاومة النباتات للأمراض الفيروسية ظاهرة مماثلة غير متوقعة. فبينما كان معروفًا أن النباتات التي تُنتج بروتينات خاصة بالفيروسات تُظهر تحملًا أو مقاومة مُعززة للعدوى الفيروسية، لم يكن متوقعًا أن تُظهر النباتات التي تحمل مناطق قصيرة غير مُشفرة من تسلسلات الحمض النووي الريبي الفيروسي مستويات حماية مماثلة. اعتقد الباحثون أن الحمض النووي الريبي الفيروسي الناتج عن الجينات المُعدلة وراثيًا يُمكنه أيضًا تثبيط تكاثر الفيروس. ^{[ 193 ]} أظهرت التجربة العكسية، التي تم فيها إدخال تسلسلات قصيرة من جينات النبات في الفيروسات، أن الجين المُستهدف قد تم تثبيطه في النبات المُصاب. ^{[ 194 ]} أُطلق على هذه الظاهرة اسم "إسكات الجينات المُستحث بالفيروس" (VIGS)، ^{[ 174 ]} وسُميت مجموعة هذه الظواهر مجتمعةً بإسكات الجينات بعد النسخ. ^{[ 195 ]}

بعد هذه الملاحظات الأولية في النباتات، بحثت المختبرات عن هذه الظاهرة في كائنات حية أخرى. ^{[ 196 ] [ 197 ]} سُجِّلَت أول حالة لتثبيط التعبير الجيني بواسطة الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الحيوانات عام 1996، عندما لاحظ غو وكيمفيوس أن إدخال الحمض النووي الريبوزي (RNA) الموجب والسالب إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الخاص بجين par-1 في دودة Caenorhabditis elegans تسبب في تحلل رسالة par-1. ^{[ 198 ]} كان يُعتقد أن هذا التحلل ناتج عن الحمض النووي الريبوزي أحادي السلسلة (ssRNA)، ولكن بعد عامين، في عام 1998، اكتشف فاير وميلو أن هذه القدرة على تثبيط التعبير الجيني لجين par-1 ناتجة في الواقع عن الحمض النووي الريبوزي ثنائي السلسلة (dsRNA). ^{[ 198 ]} أفادت ورقة بحثية لكريغ سي. ميلو وأندرو فاير نُشرت في مجلة Nature عام 1998 عن تأثير قوي لتثبيط التعبير الجيني بعد حقن الحمض النووي الريبوزي ثنائي السلسلة في دودة C. elegans . ^{[ 199 ]} أثناء دراستهم لتنظيم إنتاج بروتين العضلات، لاحظوا أن حقن الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) أو الحمض النووي الريبوزي المضاد (antisense RNA) لم يؤثر على إنتاج البروتين، بينما نجح الحمض النووي الريبوزي ثنائي السلسلة في إسكات الجين المستهدف. ونتيجةً لهذا العمل، صاغوا مصطلح RNAi . مثّل هذا الاكتشاف أول تحديد للعامل المسبب لهذه الظاهرة. مُنح فاير وميلو جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 2006. ^{[ 6 ] [ 200 ]}

بعد فترة وجيزة من اكتشاف فاير وميلو الرائد، اكتشف البشير وزملاؤه، باستخدام الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA ) المصنّع ، إمكانية استهداف إسكات تسلسلات محددة في الجين، بدلاً من إسكات الجين بأكمله. ^{[ 201 ]} وبعد عام واحد فقط، أثبت مكافري وزملاؤه أن هذا الإسكات المحدد للتسلسل له تطبيقات علاجية من خلال استهداف تسلسل من فيروس التهاب الكبد الوبائي سي في الفئران المعدلة وراثيًا . ^{[ 202 ]} ومنذ ذلك الحين، سعى العديد من الباحثين إلى توسيع التطبيقات العلاجية لتقنية تداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi)، مع التركيز بشكل خاص على استهداف الجينات المسببة لأنواع مختلفة من السرطان . ^{[ 203 ] [ 204 ]} وبحلول عام 2006، كانت أولى التطبيقات التي وصلت إلى التجارب السريرية في علاج التنكس البقعي وفيروس الجهاز التنفسي المخلوي . ^{[ 205 ]} وبعد أربع سنوات، بدأت أول تجربة سريرية من المرحلة الأولى على البشر، باستخدام نظام توصيل الجسيمات النانوية لاستهداف الأورام الصلبة . ^{[ 206 ]}

وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) على أول دواء قائم على تقنية siRNA ( باتيسيران ) في عام 2018. وحصل دواءا جيفوسيران ولوماسيران لاحقًا على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لعلاج فرط كوليسترول الدم العائلي (AHP) وفرط كوليسترول الدم الأولي من النوع الأول (PH1) في عامي 2019 و2020 على التوالي. ^{[ 112 ]} وحصل دواء إنكليسيران على موافقة وكالة الأدوية الأوروبية (EMA) في عام 2020 لعلاج ارتفاع الكوليسترول، وهو قيد المراجعة حاليًا من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. ^{[ 207 ]}