عملية تضفير الحمض النووي الريبوزي

عملية التضفير في الحمض النووي الريبوزي (RNA) هي عملية في البيولوجيا الجزيئية يتم فيها تحويل نسخة الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي ( pre- mRNA ) إلى حمض نووي ريبوزي رسول ناضج ( mRNA ). وتتم هذه العملية عن طريق إزالة جميع الإنترونات (المناطق غير المشفرة من الحمض النووي الريبوزي) وإعادة ربط الإكسونات ( المناطق المشفرة). بالنسبة للجينات المشفرة نوويًا ، يحدث التضفير في النواة إما أثناء عملية النسخ أو بعدها مباشرة . أما بالنسبة للجينات حقيقية النواة التي تحتوي على إنترونات، فعادةً ما يكون التضفير ضروريًا لإنتاج جزيء mRNA الذي يمكن ترجمته إلى بروتين . بالنسبة للعديد من إنترونات حقيقيات النوى، يحدث التضفير في سلسلة من التفاعلات التي يحفزها الجسيم التضفيري ، وهو مركب من البروتينات النووية الريبوزية الصغيرة ( snRNPs ). توجد إنترونات ذاتية التضفير ، أي ريبوزيمات قادرة على تحفيز استئصالها الذاتي من جزيء الحمض النووي الريبوزي الأصلي. تُسمى عملية النسخ والوصل والترجمة بالتعبير الجيني ، وهي العقيدة المركزية لعلم الأحياء الجزيئي .

عملية تضفير الحمض النووي الريبوزي

مسارات التضفير

توجد عدة طرق لربط الحمض النووي الريبي في الطبيعة؛ ويعتمد نوع الربط على بنية الإنترون المربوط والمحفزات اللازمة لحدوث الربط.

معقد الجسيمات الرابطة

الإنترونات

كلمة "إنترون" مشتقة من مصطلحي " المنطقة داخل الجين " [ 1 ] و "داخل السيسترون" [ 2 ] ، أي قطعة من الحمض النووي تقع بين إكسونين في الجين . يشير مصطلح "إنترون" إلى كل من تسلسل الحمض النووي داخل الجين والتسلسل المقابل له في نسخة الحمض النووي الريبوزي (RNA) غير المعالجة. وكجزء من مسار معالجة الحمض النووي الريبوزي، تُزال الإنترونات عن طريق عملية التضفير إما بعد النسخ بفترة وجيزة أو بالتزامن معه [ 3 ] . توجد الإنترونات في جينات معظم الكائنات الحية والعديد من الفيروسات. ويمكن أن تتواجد في نطاق واسع من الجينات، بما في ذلك تلك التي تُنتج البروتينات ، والحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA)، والحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) [ 4 ] .

يتطلب التضفير داخل الإنترونات ثلاثة مواقع: موقع مانح (عند الطرف 5' للإنترون)، وموقع تفرع (بالقرب من الطرف 3' للإنترون)، وموقع مستقبل (عند الطرف 3' للإنترون). يحتوي موقع مانح التضفير على تسلسل GU شبه ثابت عند الطرف 5' للإنترون، ضمن منطقة أكبر وأقل حفظًا. أما موقع مستقبل التضفير عند الطرف 3' للإنترون، فينهي الإنترون بتسلسل AG شبه ثابت. يوجد في اتجاه 5' من تسلسل AG منطقة غنية بالبيريميدينات (C وU)، أو ما يُعرف بسلسلة البوليبيريميدين . يقع موقع التفرع، الذي يحتوي على نيوكليوتيد أدينين يُشارك في تكوين اللولب، في اتجاه 5' من الإنترون. [ 5 ] [ 6 ] التسلسل المتفق عليه للإنترون (وفقًا لتسمية IUPAC للأحماض النووية ) هو: GG-[cut]-GURAGU (موقع مانح) ... تسلسل الإنترون ... YURAC (تسلسل متفرع 20-50 نيوكليوتيدًا قبل موقع مستقبل) ... Y-rich-NCAG-[cut]-G (موقع مستقبل). [ 7 ] مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن التسلسل المحدد لعناصر الربط الإنترونية وعدد النيوكليوتيدات بين نقطة التفرع وأقرب موقع مستقبل 3' يؤثران على اختيار موقع الربط. [ 8 ] [ 9 ] كذلك، يمكن للطفرات النقطية في الحمض النووي الأساسي أو الأخطاء أثناء النسخ أن تُفعّل موقع ربط خفي في جزء من النسخة لا يتم ربطه عادةً. ينتج عن ذلك حمض نووي رسول ناضج مع جزء مفقود من إكسون. بهذه الطريقة، يمكن لطفرة نقطية ، والتي قد تؤثر في الأصل على حمض أميني واحد فقط، أن تظهر على شكل حذف أو اقتطاع في البروتين النهائي.

حدود الإنترون والإكسون في ما قبل mRNA : 1- موقع الربط 3' ، 2- سلسلة متعددة البيريميدين، 3- موقع التفرع، 4- موقع الربط 5'

التكوين والنشاط

يُحفز التضفير بواسطة الجسيم التضفيري ، وهو مُركب كبير من الحمض النووي الريبوزي والبروتين يتكون من خمسة بروتينات نووية ريبوزية صغيرة ( snRNPs ). يحدث تجميع الجسيم التضفيري ونشاطه أثناء نسخ الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA). تتفاعل مكونات الحمض النووي الريبوزي في snRNPs مع الإنترون وتشارك في عملية التحفيز. تم تحديد نوعين من الجسيمات التضفيرية (الرئيسي والثانوي) يحتويان على بروتينات snRNPs مختلفة .

  • المركب أ (ما قبل الجسيم الرابط)
    • يقوم مركب U2 snRNP بإزاحة SF1 ويرتبط بتسلسل نقطة التفرع ويتم تحلل ATP؛
  • المركب ب (الجسيم الرابط قبل التحفيزي)
    • يرتبط ثلاثي U5/U4/U6 snRNP، ويرتبط U5 snRNP بالإكسونات في الموقع 5'، مع ارتباط U6 بـ U2؛
  • المركب ب*
    • يتم إطلاق U1 snRNP، وينتقل U5 من الإكسون إلى الإنترون، ويرتبط U6 بموقع الربط 5'؛
  • المركب ج (الجسيم الرابط المحفز)
    • يتم إطلاق U4، ويحفز U6/U2 عملية نقل الأسترة، مما يجعل الطرف 5' من الإنترون مرتبطًا بـ A على الإنترون ويشكل حلقة، ويرتبط U5 بالإكسون في موقع الربط 3'، ويتم شطر الموقع 5'، مما يؤدي إلى تكوين الحلقة؛
  • المركب C* (المركب ما بعد التضفير)
    • تبقى U2/U5/U6 مرتبطة بالحلقة، ويتم شطر الموقع 3' وربط الإكسونات باستخدام تحلل ATP. يتم تحرير الحمض النووي الريبوزي الموصول، ويتم تحرير الحلقة وتحللها، [ 14 ] ويتم إعادة تدوير جزيئات snRNP.
يُطلق على هذا النوع من التضفير اسم التضفير الكلاسيكي أو مسار التضفير الحلقي ، وهو يُمثل أكثر من 99% من عمليات التضفير. في المقابل، عندما لا تتبع التسلسلات المجاورة للإنترونات قاعدة GU-AG، يُقال إن التضفير غير الكلاسيكي يحدث (انظر "الجسيم التضفيري الصغير" أدناه). [ 15 ]
  • يُشبه الجسيم التضفيري الصغير الجسيم التضفيري الكبير إلى حد كبير، ولكنه يقوم بفصل الإنترونات النادرة ذات تسلسلات مواقع الربط المختلفة. وبينما يحتوي كل من الجسيم التضفيري الصغير والكبير على نفس مركب U5 snRNP ، فإن الجسيم التضفيري الصغير يحتوي على مركبات snRNP مختلفة ولكنها متماثلة وظيفيًا لـ U1 وU2 وU4 وU6، والتي تُسمى على التوالي U11 و U12 و U4atac و U6atac . [ 16 ]

الربط المتكرر

في معظم الحالات، تزيل عملية التضفير الإنترونات كوحدات منفردة من نسخ mRNA الأولية . مع ذلك، في بعض الحالات، وخاصةً في جزيئات mRNA ذات الإنترونات الطويلة جدًا، تحدث عملية التضفير على مراحل، حيث يُزال جزء من الإنترون ثم يُستأصل الإنترون المتبقي في مرحلة لاحقة. وقد لوحظ هذا لأول مرة في جين Ultrabithorax ( Ubx ) في ذبابة الفاكهة، Drosophila melanogaster ، وفي عدد قليل من جينات Drosophila الأخرى ، ولكن تم الإبلاغ عن حالات مماثلة في البشر أيضًا. [ 17 ] [ 18 ]

الربط العابر

التضفير العابر هو شكل من أشكال التضفير الذي يزيل الإنترونات أو الأوترونات ، ويربط إكسونين ليسا ضمن نفس نسخة الحمض النووي الريبوزي (RNA). [ 19 ] يمكن أن يحدث التضفير العابر بين نسختين مختلفتين من الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA) الداخلي ، أو بين حمض نووي ريبوزي داخلي وآخر خارجي (مثل الفيروسات) أو اصطناعي. [ 20 ]

التوصيل الذاتي

تحدث عملية التضفير الذاتي لبعض الإنترونات النادرة التي تُشكّل ريبوزيمًا ، حيث تؤدي وظائف الجسيم التضفيري باستخدام الحمض النووي الريبوزي (RNA) فقط. توجد ثلاثة أنواع من الإنترونات ذاتية التضفير: المجموعة الأولى ، والمجموعة الثانية ، والمجموعة الثالثة . تؤدي إنترونات المجموعتين الأولى والثانية عملية تضفير مشابهة للجسيم التضفيري دون الحاجة إلى أي بروتين. يشير هذا التشابه إلى أن إنترونات المجموعتين الأولى والثانية قد تكون مرتبطة تطوريًا بالجسيم التضفيري. قد تكون عملية التضفير الذاتي قديمة جدًا، وربما كانت موجودة في عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) قبل ظهور البروتين.

تتميز آلية ربط الإنترونات من المجموعة الأولى بعمليتي تبادل إستري :

  1. 3'OH من نيوكليوزيد الجوانين الحر أو عامل مساعد النيوكليوتيد (GMP، GDP، GTP) يهاجم الفوسفات في موقع الربط 5'.
  2. يصبح 3'OH من الإكسون 5' نيوكليوفيل وتؤدي عملية التبادل الإستري الثانية إلى ربط الإكسونين.

تتمثل آلية ربط الإنترونات من المجموعة الثانية ( تفاعلان لتبادل الأسترة ) فيما يلي:

  1. يهاجم 2'OH من أدينوزين معين في الإنترون (المعروف أيضًا باسم "نقطة التفرع") موقع الربط 5'، وبالتالي يشكل الحلقة .
  2. يؤدي 3'OH من الإكسون 5' إلى تحفيز عملية نقل الأسترة الثانية في موقع الربط 3'، وبالتالي ربط الإكسونات معًا.

تستخدم كل من إنترونات المجموعة الأولى والثانية أيوني مغنيسيوم في النواة التحفيزية لتحفيز تفاعل الربط، وهي نفس الآلية التحفيزية التي يستخدمها الجسيم الرابط. [ 21 ] يكشف التوصيف البنيوي المفصل أن إنترون المجموعة الثانية يحمل أوجه تشابه كبيرة مع الجسيم الرابط من حيث التعرف على الأدينوزين عند نقطة التفرع والديناميكيات البنيوية خلال خطوتي عملية تبادل الأسترة. [ 22 ]

عملية ربط الحمض النووي الريبوزي الناقل

يُعدّ ربط الحمض النووي الريبوزي الناقل (أو ما يشبهه) شكلاً نادراً آخر من أشكال الربط التي تحدث عادةً في الحمض النووي الريبوزي الناقل. وتتضمن عملية الربط هذه كيمياء حيوية مختلفة عن مسارات الربط الذاتي والربط بواسطة الجسيمات الرابطة.

في خميرة Saccharomyces cerevisiae ، يقوم إنزيم نوكلياز داخلي مُتَغاير رباعي الوحدات ، مُكوَّن من TSEN54 و TSEN2 و TSEN34 و TSEN15 ، بقطع جزيء pre-tRNA في موقعين ضمن حلقة المُستقبِل لتكوين نصف tRNA في الطرف 5'، ينتهي بمجموعة فوسفودايستر حلقية 2'،3'، ونصف tRNA في الطرف 3'، ينتهي بمجموعة هيدروكسيل 5'، بالإضافة إلى إنترون مُهمَل. [ 23 ] ثم يقوم كيناز tRNA في الخميرة بفسفرة مجموعة الهيدروكسيل 5' باستخدام الأدينوسين ثلاثي الفوسفات . يقوم فوسفودايستراز tRNA الحلقي في الخميرة بقطع مجموعة الفوسفودايستر الحلقية لتكوين طرف 3' مُفسفر في الطرف 2'. يُضيف إنزيم ربط الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA ligase) في الخميرة مجموعة أدينوسين أحادي الفوسفات إلى الطرف 5' من النصف 3'، ويربط النصفين معًا. [ 24 ] ثم يقوم إنزيم ناقل الفوسفات 2' المعتمد على NAD بإزالة مجموعة الفوسفات 2'. [ 25 ] [ 26 ]

وصلات SOS

تم اكتشاف عملية التضفير SOS في دودة Caenorhabditis elegans ، حيث تحمي الجينات من التلف الناتج عن عناصر النقل الجيني ( Tranposon ) عن طريق إزالة هذه العناصر من الحمض النووي الريبوزي الرسول ( mRNA ) . تحدث هذه العملية أيضًا في البشر وتعمل بشكل مستقل عن الجسيم التضفيري . تتطلب عملية التضفير SOS ثلاثة بروتينات : AKAP17A (بروتين رابط للحمض النووي الريبوزي الرسول)، وRTCB ( إنزيم ربط الحمض النووي الريبوزي )، وCAAP1 (الذي يربط بين RTCB وAKAP17A). [ 27 ]

تطور

تحدث عملية التضفير في جميع نطاقات الحياة الثلاثة ، إلا أن نطاقها وأنواعها قد تختلف اختلافًا كبيرًا بين الأقسام الرئيسية. تقوم حقيقيات النوى بتضفير العديد من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الرسول المشفرة للبروتينات وبعض جزيئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفرة . أما بدائيات النوى ، فتقوم بتضفير جزيئات الحمض النووي الريبوزي غير المشفرة . ومن الفروق المهمة الأخرى بين هاتين المجموعتين من الكائنات الحية أن بدائيات النوى تفتقر تمامًا إلى مسار التضفير.

نظراً لعدم حفظ الإنترونات الخاصة بالجسيمات الرابطة في جميع الأنواع، يدور جدل حول وقت تطور عملية الربط هذه. وقد تم اقتراح نموذجين: نموذج الإنترون المتأخر ونموذج الإنترون المبكر (انظر تطور الإنترون ).

تنوع التضفير
حقيقيات النوىبدائيات النوى
الجسيم الرابط+-
التوصيل الذاتي++
الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA)++

الآلية البيوكيميائية

رسم توضيحي يوضح عملية التضفير المكونة من خطوتين

تتضمن عملية التضفير الذاتي والتضفير بواسطة الجسيمات الرابطة عملية كيميائية حيوية من خطوتين. تتضمن كلتا الخطوتين تفاعلات تبادل الأسترة التي تحدث بين نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي. ومع ذلك، يُعد تضفير الحمض النووي الريبي الناقل استثناءً، إذ لا يحدث عن طريق تبادل الأسترة. [ 28 ]

تحدث تفاعلات نقل الأسترة الذاتية والوصلية عبر تفاعلين متتاليين. أولًا، يقوم الهيدروكسيل (OH) في الطرف 2' لنيوكليوتيد نقطة تفرع محددة داخل الإنترون، والتي تُحدد أثناء تجميع الجسيم الرابط، بهجوم نيوكليوفيلي على أول نيوكليوتيد في الإنترون عند موقع الربط 5'، مُشكلاً وسيطًا حلقيًا . ثانيًا، يقوم الهيدروكسيل (OH) في الطرف 3' للإكسون 5' المُحرر بهجوم نيوكليوفيلي على أول نيوكليوتيد يلي آخر نيوكليوتيد في الإنترون عند موقع الربط 3'، وبالتالي يربط الإكسونين ويُحرر حلقة الإنترون. [ 29 ]

التضفير البديل

في كثير من الحالات، تُنتج عملية التضفير مجموعةً من البروتينات الفريدة عن طريق تغيير تركيب الإكسونات في نفس جزيء mRNA. تُعرف هذه الظاهرة بالتضفير البديل . يحدث التضفير البديل بطرقٍ عديدة، منها تمديد الإكسونات أو حذفها، أو الاحتفاظ بالإنترونات. يُقدّر أن 95% من نسخ الجينات متعددة الإكسونات تخضع للتضفير البديل، وتحدث بعض هذه الحالات بطريقةٍ خاصة بالأنسجة و/أو في ظل ظروف خلوية محددة. [ 30 ] يُسهم تطوير تقنية تسلسل mRNA عالية الإنتاجية في تحديد مستويات التعبير عن الأشكال المتغايرة المُضفّرة بديلًا. وقد سمحت مستويات التعبير التفاضلية عبر الأنسجة وسلالات الخلايا بتطوير مناهج حسابية للتنبؤ بوظائف هذه الأشكال المتغايرة. [ 31 ] [ 32 ] نظرًا لهذا التعقيد، يُنظَّم التضفير البديل لنسخ ما قبل mRNA بواسطة نظام من البروتينات المؤثرة عبر الجينات (المنشطات والمثبطات) التي ترتبط بمواقع أو "عناصر" مؤثرة على نفس الجزيء (المعززات والمثبطات) على نسخة ما قبل mRNA نفسها. تعمل هذه البروتينات وعناصر ارتباطها على تعزيز أو تقليل استخدام موقع تضفير معين. وتنشأ خصوصية الارتباط من تسلسل وبنية العناصر المؤثرة على نفس الجزيء، فعلى سبيل المثال، يوجد في فيروس نقص المناعة البشرية HIV-1 العديد من مواقع التضفير المانحة والمستقبلة. ومن بين مواقع التضفير المختلفة، يتخذ موقع ssA7، وهو موقع مستقبل 3'، ثلاثة هياكل حلقية جذعية، وهي: مثبط التضفير الداخلي (ISS)، ومعزز التضفير الخارجي (ESE)، ومثبط التضفير الخارجي (ESSE3). يوفر التركيب الفراغي لمثبط التضفير الداخلي وتفاعله مع البروتين المضيف hnRNPA1 نظرة ثاقبة على التعرف النوعي. [ 33 ] مع ذلك، ومما يزيد من تعقيد عملية التضفير البديل، يُلاحظ أن تأثيرات العوامل التنظيمية تعتمد في كثير من الأحيان على موقعها. فعلى سبيل المثال، قد يعمل عامل التضفير كمنشط للتضفير عند ارتباطه بعنصر مُحسِّن داخل الإنترون، بينما يعمل كمثبط عند ارتباطه بعنصر التضفير الخاص به في سياق الإكسون، والعكس صحيح. [ 34 ] بالإضافة إلى التأثيرات المعتمدة على الموقع لعناصر المُحسِّن والمثبط، يؤثر موقع نقطة التفرع (أي المسافة باتجاه 5' من أقرب موقع مُستقبِل 3') أيضًا على عملية التضفير. [ 8 ] كما يلعب التركيب الثانوي لنسخة ما قبل mRNA دورًا في تنظيم عملية التضفير، وذلك من خلال تجميع عناصر التضفير أو حجب تسلسل كان من الممكن أن يعمل كعنصر ارتباط لعامل التضفير. [ 35 ] [ 36 ]

دور البقع النووية في عملية تضفير الحمض النووي الريبي

تتوزع عملية تضفير ما قبل mRNA في جميع أنحاء النواة، وبمجرد إنتاج mRNA الناضج، يُنقل إلى السيتوبلازم للترجمة. في كل من الخلايا النباتية والحيوانية، تُعدّ البقع النووية مناطق ذات تركيزات عالية من عوامل التضفير. كان يُعتقد سابقًا أن هذه البقع مجرد مراكز تخزين لعوامل التضفير، ولكن من المعروف الآن أنها تُساعد في تركيز عوامل التضفير بالقرب من الجينات المجاورة لها. يمكن نسخ الجينات البعيدة عن البقع وتضفيرها، ولكن عملية التضفير فيها أقل كفاءة مقارنةً بتلك القريبة. تستطيع الخلايا تغيير مواقع جيناتها الجينومية بالنسبة للبقع النووية كآلية لتنظيم التعبير الجيني عبر التضفير. [ 37 ]

دور التضفير/التضفير البديل في اندماج فيروس نقص المناعة البشرية

ترتبط عملية التضفير بتكامل فيروس نقص المناعة البشرية ، حيث يستهدف فيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول الجينات التي تخضع للتضفير بشكل كبير. [ 38 ]

استجابة التضفير لتلف الحمض النووي

يؤثر تلف الحمض النووي على عوامل التضفير من خلال تغيير تعديلاتها بعد الترجمة ، وموقعها، وتعبيرها، ونشاطها. [ 39 ] علاوة على ذلك، غالبًا ما يعطل تلف الحمض النووي عملية التضفير عن طريق التدخل في ارتباطها بالنسخ . كما يؤثر تلف الحمض النووي على التضفير والتضفير البديل للجينات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإصلاح الحمض النووي . [ 39 ] على سبيل المثال، يُعدِّل تلف الحمض النووي التضفير البديل لجينات إصلاح الحمض النووي Brca1 و Ercc1 .

التلاعب التجريبي بعملية التضفير

يمكن تغيير أحداث التضفير تجريبياً [ 40 ] [ 41 ] عن طريق ربط قليل النوكليوتيدات المضادة للاتجاه ذات الإعاقة الفراغية ، مثل مورفولينو أو الأحماض النووية الببتيدية ، بمواقع ربط snRNP، أو بنيوكليوتيد نقطة التفرع الذي يغلق الحلقة، [ 42 ] أو بمواقع ربط عنصر تنظيم التضفير. [ 43 ]

أظهر استخدام قليل النوكليوتيدات المضادة للجينات لتعديل عملية التضفير نتائج واعدة كاستراتيجية علاجية لمجموعة متنوعة من الأمراض الوراثية الناجمة عن عيوب التضفير. [ 44 ]

أظهرت الدراسات الحديثة أن عملية تضفير الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن تنظيمها بواسطة مجموعة متنوعة من التعديلات فوق الجينية، بما في ذلك مثيلة الحمض النووي (DNA) وتعديلات الهيستون. [ 45 ]

أخطاء التوصيل والاختلافات

تشير بعض الدراسات إلى أن ثلث الطفرات المسببة للأمراض تؤثر على عملية التضفير . [ 34 ] تشمل الأخطاء الشائعة ما يلي:

  • تؤدي طفرة في موقع الربط إلى فقدان وظيفة ذلك الموقع. ينتج عن ذلك ظهور كودون توقف مبكر ، أو فقدان إكسون، أو إدخال إنترون.
  • تؤدي طفرة في موقع الربط إلى تقليل الخصوصية. وقد ينتج عنها اختلاف في موقع الربط، مما يتسبب في إدخال أو حذف أحماض أمينية، أو على الأرجح، تعطيل إطار القراءة .
  • إزاحة موقع الربط، مما يؤدي إلى تضمين أو استبعاد كمية أكبر من الحمض النووي الريبي مما هو متوقع، مما ينتج عنه إكسونات أطول أو أقصر.

على الرغم من أن العديد من أخطاء التضفير محمية بواسطة آلية مراقبة الجودة الخلوية المسماة تحلل الحمض النووي الريبوزي الرسول بوساطة الهراء (NMD)، [ 46 ] إلا أن هناك عددًا من الأمراض المرتبطة بالتضفير، كما أشير إليه أعلاه. [ 47 ]

من المرجح أن تكون الاختلافات الأليلية في عملية تضفير الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) مصدرًا شائعًا ومهمًا للتنوع الظاهري على المستوى الجزيئي، بالإضافة إلى مساهمتها في قابلية الإصابة بالأمراض الوراثية. في الواقع، حددت الدراسات الجينومية الشاملة في البشر مجموعة من الجينات التي تخضع لعملية تضفير خاصة بالأليل.

في النباتات، ارتبط التباين في تحمل الإجهاد الناتج عن الفيضانات بالتضفير البديل الناتج عن الإجهاد للنسخ المرتبطة بتكوين الجلوكوز وعمليات أخرى. [ 48 ]

تضفير البروتين

إضافةً إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يمكن للبروتينات أن تخضع لعملية التضفير. ورغم اختلاف الآليات الجزيئية الحيوية، إلا أن المبدأ واحد: تُزال أجزاء من البروتين، تُسمى الإنترونات (inteins) بدلاً من الإنترونات (introns). ثم تُدمج الأجزاء المتبقية، التي تُسمى الإكسونات (exteins) بدلاً من الإكسونات (exons)، معًا. وقد لوحظ تضفير البروتينات في طيف واسع من الكائنات الحية، بما في ذلك البكتيريا، والعتائق ، والنباتات، والخميرة، والإنسان. [ 49 ]

عملية التضفير وتكوين الحمض النووي الريبي الدائري

تم اقتراح وجود عملية الربط العكسي لأول مرة في عام 2012. [ 50 ] تفسر هذه العملية نشأة الحمض النووي الريبوزي الدائري الناتج عن الوصلة الدقيقة بين الطرف 3' لإكسون والطرف 5' لإكسون يقع في اتجاه 5'. [ 51 ] في هذه الحمض النووي الريبوزي الدائري الإكسوني، تكون الوصلة عبارة عن رابط 3'-5' كلاسيكي.

قد يؤدي استبعاد التسلسلات الإنترونية أثناء عملية التضفير إلى ترك آثار على شكل جزيئات RNA دائرية. [ 52 ] في بعض الحالات، لا يتم تدمير الحلقة الإنترونية، ويبقى الجزء الدائري كجزيء RNA دائري مشتق من الحلقة . [ 53 ] في هذه الجزيئات الدائرية المشتقة من الحلقة، يكون الوصل عبارة عن رابط 2'-5'.

انظر أيضاً

مراجع

  1. جيلبرت دبليو (فبراير 1978). " لماذا الجينات مجزأة؟" . مجلة نيتشر . 271 (5645): 501. Bibcode : 1978Natur.271..501G . doi : 10.1038/271501a0 . PMID 622185. S2CID 4216649 .  
  2. تونيغاوا إس، ماكسام إيه إم، تيزارد آر، برنارد أو، جيلبرت دبليو (مارس 1978). "تسلسل جين خط جرثومي للفأر لمنطقة متغيرة من سلسلة خفيفة للغلوبولين المناعي" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 75 (3): 1485-1489 . Bibcode : 1978PNAS...75.1485T . doi : 10.1073 / pnas.75.3.1485 . PMC 411497. PMID 418414 .  
  3. تيلجنر إتش، نولز دي جي، جونسون آر، ديفيس سي إيه، تشاكرابورتي إس، دجيبالي إس، وآخرون (سبتمبر 2012). "يُظهر التسلسل العميق لأجزاء الحمض النووي الريبوزي دون الخلوي أن عملية التضفير تتم في الغالب بالتزامن مع النسخ في الجينوم البشري، ولكنها غير فعالة بالنسبة للحمض النووي الريبوزي غير المشفر الطويل" . أبحاث الجينوم . 22 ( 9): 1616-1625 . doi : 10.1101/gr.134445.111 . PMC 3431479. PMID 22955974 .   
  4. روي إس دبليو، جيلبرت دبليو (مارس 2006). "تطور الإنترونات في الجسيمات الرابطة: أنماط، ألغاز، وتقدم". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 7 (3): 211-221 . doi : 10.1038/nrg1807 . PMID 16485020. S2CID 33672491 .  
  5. كلانسي إس (2008). "تضفير الحمض النووي الريبوزي: الإنترونات، والإكسونات، والجسيم التضفيري" . مجلة نيتشر التعليمية . 1 (1): 31. مؤرشف من الأصل في 15 مارس 2011. تم الاطلاع عليه في 31 مارس 2011 .
  6. 1 2 بلاك ، د. ل. (يونيو 2003). "آليات التضفير البديل للرنا الرسول الأولي" . المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 72 (1): 291-336 . doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161720 . PMID 12626338. S2CID 23576288 .  
  7. " علم الأحياء الجزيئي للخلية ". تقارير الاستشهاد بالمجلات لعام 2012. قاعدة بيانات Web of Science ( الطبعة العلمية). تومسون رويترز . 2013. 
  8. 1 2 تاغارت إيه جيه، دي سيمون إيه إم، شيه جيه إس، فيلو إم إي، فيربراذر دبليو جي (يونيو 2012). " رسم خرائط واسعة النطاق لنقاط التفرع في نسخ ما قبل mRNA البشري في الجسم الحي" . مجلة نيتشر للبيولوجيا التركيبية والجزيئية . 19 (7): 719-721 . doi : 10.1038/nsmb.2327 . PMC 3465671. PMID 22705790 .  
  9. كورفيلو أ، هاليغر م، سميث سي دبليو، إيراس إي (نوفمبر 2010). ماير آي إم (محرر). "دراسة الارتباط على مستوى الجينوم بين خصائص نقاط التفرع والتضفير البديل" . مجلة PLOS لعلم الأحياء الحاسوبي . 6 (11) e1001016. رمز Bibcode : 2010PLSCB...6E1016C . doi : 10.1371/journal.pcbi.1001016 . PMC 2991248. PMID 21124863 .  
  10. غريفلي، بي آر، هيرتل ، كيه جيه ، مانياتيس، تي (يونيو 2001). "دور U2AF35 وU2AF65 في التضفير المعتمد على المُحسِّن" . RNA . 7 (6) S1355838201010317: 806–818 . doi : 10.1017/s1355838201010317 . PMC 1370132. PMID 11421359. مؤرشف من الأصل في 20 نوفمبر 2018. تم الاسترجاع في 17 ديسمبر 2014 .  
  11. ماتلين إيه جيه، كلارك إف، سميث سي دبليو (مايو 2005). "فهم التضفير البديل: نحو شفرة خلوية". مراجعات الطبيعة. بيولوجيا الخلية الجزيئية . 6 (5): 386-398 . doi : 10.1038/nrm1645 . PMID 15956978. S2CID 14883495 .  
  12. ماتيرا إيه جي، وانغ زد (فبراير 2014). "يوم في حياة الجسيم الرابط" . مراجعات الطبيعة. بيولوجيا الخلية الجزيئية . 15 ( 2): 108-121 . doi : 10.1038/nrm3742 . PMC 4060434. PMID 24452469 .  
  13. غوث إس، فالكارسل جيه (ديسمبر 2000). "الدور الحركي لبروتين SF1/BBP في الثدييات في تجميع ووظيفة الجسيم الرابط بعد تعرف U2AF على مسار البوليبيريميدين" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 275 (48): 38059-38066 . doi : 10.1074/jbc.M001483200 . PMID 10954700 . 
  14. تشنغ ز، مينيس تي إم (ديسمبر 2011). "تضفير الحمض النووي الريبوزي (RNA) وإزالة تفرعاته من خلال تحليل حلقات الحمض النووي الريبوزي". علم الوراثة الجزيئية وعلم الجينوم . 286 ( 5-6 ): 395-410 . doi : 10.1007/s00438-011-0635-y . PMID 22065066. S2CID 846297 .  
  15. نغ ب، يانغ ف، هوستون د.ب، يان ي، يانغ ي، شيونغ ز، وآخرون . (ديسمبر 2004). "زيادة التضفير غير التقليدي لنسخ المستضدات الذاتية يوفر الأساس البنيوي للتعبير عن الحواتم غير المتسامحة" . مجلة الحساسية والمناعة السريرية . 114 (6): 1463-1470 . doi : 10.1016/j.jaci.2004.09.006 . PMC 3902068. PMID 15577853 .   
  16. باتيل ، أ. أ.، وستيتز، ج. أ. (ديسمبر 2003). "التضفير المزدوج: رؤى من الجسيم التضفيري الثاني". مراجعات الطبيعة. بيولوجيا الخلية الجزيئية . 4 (12): 960-970 . doi : 10.1038/nrm1259 . PMID 14685174. S2CID 21816910 .  
  17. سيبل سي آر، إيميت دبليو، بلازكيز إل، فارو إيه، هابرمان إن، بريز إم، وآخرون . (مايو 2015). "التضفير المتكرر في جينات الفقاريات الطويلة" . نيتشر . 521 (7552): 371-375 . Bibcode : 2015Natur.521..371S . doi : 10.1038/ nature14466 . PMC 4471124. PMID 25970246 .   
  18. داف، م. أ.، أولسون، س.، وي، إكس.، غاريت، س. س.، عثمان، أ.، بوليسيتي، م.، وآخرون . (مايو 2015). "تحديد التضفير المتكرر بدون نيوكليوتيدات على مستوى الجينوم في ذبابة الفاكهة" . مجلة نيتشر . 521 (7552): 376-379 . Bibcode : 2015Natur.521..376D . doi : 10.1038/nature14475 . PMC 4529404. PMID 25970244 .   
  19. دي سيغني جي، غاستالدي إس، توكيني-فالنتيني جي بي (مايو 2008). "التضفير الموضعي والبعيد للرنا المرسال بوساطة تسلسلات الرنا الناقل في الخلايا حقيقية النواة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 105 (19): 6864-6869 . Bibcode : 2008PNAS..105.6864D . doi : 10.1073 / pnas.0800420105 . JSTOR 25461891. PMC 2383978. PMID 18458335 .   
  20. إيول جيه، باتزل في (نوفمبر 2013). "التضفير المتماثل لـ SV40 RNA: آلية جديدة لتنويع التسلسلات الفيروسية والأنماط الظاهرية" . بيولوجيا الحمض النووي الريبي . 10 (11): 1689-1699 . doi : 10.4161/rna.26707 . PMC 3907479. PMID 24178438 .  
  21. ستيتز، ت. أ.؛ ستيتز، ج. أ. (15 يوليو 1993). "آلية عامة لأيونين معدنيين لتحفيز الحمض النووي الريبي" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 90 (14): 6498-6502 . Bibcode : 1993PNAS...90.6498S . doi : 10.1073/pnas.90.14.6498 . ISSN 0027-8424 . PMC 46959. PMID 8341661 .   
  22. 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 .   
  23. تروتا سي آر، مياو إف، آرن إي إيه، ستيفنز إس دبليو، هو سي كيه، راوهوت آر، أبيلسون جيه إن (يونيو 1997). "إنزيم نوكلياز ربط الحمض النووي الريبوزي الناقل في الخميرة: إنزيم رباعي الوحدات مع وحدتين فرعيتين نشطتين متماثلتين مع إنزيمات نوكلياز الحمض النووي الريبوزي الناقل في العتائق" . مجلة الخلية . 89 (6): 849-858 . doi : 10.1016/S0092-8674(00)80270-6 . PMID 9200603. S2CID 16055381 .  
  24. ويستاواي إس كيه، فيزيكي إي إم، أبيلسون جيه (مارس 1988). "بنية ووظيفة جين ليغاز الحمض النووي الريبوزي الناقل في الخميرة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 263 (7): 3171-3176 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)69050-7 . PMID 3277966 . 
  25. باوشكين إس في، باتيل إم، فوريا بي إس، بيلتز إس دبليو، تروتا سي آر (أبريل 2004). "تحديد مُركّب إندونوكلياز بشري يكشف عن صلة بين تضفير الحمض النووي الريبوزي الناقل وتكوين النهاية 3' للحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي" . مجلة الخلية . 117 (3): 311-321 . doi : 10.1016/S0092-8674(04)00342-3 . PMID 15109492. S2CID 16049289 .  
  26. سوما أ (1 أبريل 2014). " جينات الحمض النووي الريبوزي الناقل ذات الترتيب الدائري: تعبيرها وآثارها على أهميتها الفسيولوجية وتطورها" . مجلة فرونتيرز إن جينيتكس . 5 : 63. doi : 10.3389/fgene.2014.00063 . PMC 3978253. PMID 24744771 .  
  27. تشاو، لونغ-وين؛ ناردون، كريستوفر؛ تشانغ، سيندي؛ باولو، جواو أ.؛ إليدج، ستيفن ج.؛ كينيدي، سكوت (2026-01-08). "نظام ربط الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي يستأصل عناصر النقل الجيني (DNA) من الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) للحيوانات" . مجلة نيتشر . 649 (8096): 496-504 . doi : 10.1038/s41586-025-09853-8 . ISSN 0028-0836 . 
  28. أبيلسون ج، تروتا سي آر، لي إتش (مايو 1998). "تضفير الحمض النووي الريبوزي الناقل" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 273 (21): 12685-12688 . doi : 10.1074/jbc.273.21.12685 . PMID 9582290 . 
  29. فيكا إس إم، تاتل إن، نوفاك تي، لي إن إس، لو جيه، كوداثينغال بي، وآخرون . (نوفمبر 2013). "يحفز الحمض النووي الريبوزي عملية ربط الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي في النواة" . مجلة نيتشر . 503 (7475): 229-234 . Bibcode : 2013Natur.503..229F . doi : 10.1038/nature12734 . PMC 4666680. PMID 24196718 .   
  30. بان كيو، شاي أو، لي إل جيه، فراي بي جيه، بلينكو بي جيه (ديسمبر 2008). "دراسة معمقة لتعقيد التضفير البديل في النسخ الجيني البشري باستخدام تقنية التسلسل عالي الإنتاجية". مجلة نيتشر جينيتكس . 40 (12): 1413-1415 . doi : 10.1038/ng.259 . PMID 18978789. S2CID 9228930 .  
  31. إكسي ر، لي هـ د، مينون ر، وين ي، أومين ج س، كريتزلر م، غوان ي (نوفمبر 2013). "التمييز المنهجي لوظائف الأشكال المتغايرة الناتجة عن التضفير البديل من خلال دمج بيانات تسلسل الحمض النووي الريبوزي" . مجلة PLOS لعلم الأحياء الحاسوبي . 9 (11) e1003314. رمز Bibcode : 2013PLSCB...9E3314E . doi : 10.1371/journal.pcbi.1003314 . PMC 3820534. PMID 24244129 .  
  32. لي إتش دي، مينون آر، أومين جي إس، غوان واي (أغسطس 2014). "العصر الناشئ لتكامل البيانات الجينومية لتحليل وظيفة نظائر التضفير" . اتجاهات في علم الوراثة . 30 (8): 340-347 . doi : 10.1016/j.tig.2014.05.005 . PMC 4112133. PMID 24951248 .  
  33. جاين ن، مورغان سي إي، رايف بي دي، ساليمي م، تولبرت بي إس (يناير 2016). "بنية محلول مثبط ربط الإنترون لفيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول وتفاعلاته مع نطاق UP1 للبروتين النووي الريبوزي غير المتجانس (hnRNP) A1" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 291 (5): 2331-2344 . doi : 10.1074/jbc.M115.674564 . PMC 4732216. PMID 26607354 .  
  34. ليم كيه إتش، فيراريس إل، فيلو إم إي، رافائيل بي جيه، فيربراذر دبليو جي (يوليو 2011). "استخدام التوزيع الموضعي لتحديد عناصر التضفير والتنبؤ بعيوب معالجة ما قبل الحمض النووي الريبوزي الرسول في الجينات البشرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 108 (27): 11093-11098 . Bibcode : 2011PNAS..10811093H . doi : 10.1073/pnas.1101135108 . PMC 3131313. PMID 21685335 .  
  35. وارف إم بي، بيرغلوند جيه إيه (مايو 2024). "دور بنية الحمض النووي الريبوزي في تنظيم عملية تضفير ما قبل الحمض النووي الريبوزي الرسول" . اتجاهات في العلوم البيوكيميائية . 35 (8014): 169-178 . doi : 10.1016/j.tibs.2009.10.004 . PMC 2834840. PMID 19959365 .  
  36. ريد دي سي، تشانغ بي إل، غندرسون إس آي، ألبرت إل، طومسون دبليو إيه، فيربراذر دبليو جي (ديسمبر 2009). " تقنية SELEX من الجيل التالي تحدد التسلسل والمحددات البنيوية لارتباط عامل التضفير في تسلسل ما قبل mRNA البشري" . RNA . 15 (12): 2385-2397 . doi : 10.1261/rna.1821809 . PMC 2779669. PMID 19861426 .  
  37. بهات ب، تشاو أ، إيمرت ب، وآخرون (مايو 2024). "تنظيم الجينوم حول البقع النووية يُحسّن كفاءة ربط الحمض النووي الريبوزي الرسول" . نيتشر . 629 ( 5): 1165-1173 . Bibcode : 2024Natur.629.1165B . doi : 10.1038/s41586-024-07429-6 . PMC 11164319. PMID 38720076 .   
  38. سينغ، ب.ك.، بلومب، م.ر.، فيريس، أ.ل.، إيبن، ج.ر.، وو، إكس.، فاضل، هـ.ج.، وآخرون . (نوفمبر 2015). "يتفاعل بروتين LEDGF/p75 مع عوامل تضفير الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) ويستهدف اندماج فيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول (HIV-1) في الجينات عالية التضفير" . الجينات والتطور . 29 (21): 2287-2297 . doi : 10.1101/gad.267609.115 . PMC 4647561. PMID 26545813 .   
  39. 1 2 شكريتا ل، شابوت ب (أكتوبر 2015). " استجابة تضفير الحمض النووي الريبوزي لتلف الحمض النووي" . الجزيئات الحيوية . 5 (4): 2935-2977 . doi : 10.3390/biom5042935 . PMC 4693264. PMID 26529031 .  
  40. درابر، ب. و.، موركوس، ب. أ.، كيميل، س. ب. (يوليو 2001). " تثبيط عملية ربط الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي لجين fgf8 في سمك الزيبرا باستخدام قليل النوكليوتيدات المورفولينية: طريقة قابلة للقياس لتثبيط الجينات" . مجلة جينيسيس . 30 (3): 154-156 . doi : 10.1002/gene.1053 . PMID 11477696. S2CID 32270393 .  
  41. سازاني ب، كانغ ش، ماير م، وي س، ديلمان ج، سومرتون ج، وآخرون . (أكتوبر 2001). "التأثيرات المضادة للجينات النووية لنظائر الأوليغونوكليوتيدات المحايدة والأنيونية والكاتيونية" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 29 (19): 3965-3974 . doi : 10.1093 / nar/29.19.3965 . PMC 60237. PMID 11574678 .   
  42. موركوس، ب. أ. (يونيو 2007). "تحقيق تغيير مُستهدف وقابل للقياس في عملية ربط الحمض النووي الريبوزي الرسول باستخدام قليل النوكليوتيدات المورفولينية". مجلة الاتصالات البحثية البيوكيميائية والبيوفيزيائية . 358 (2): 521-527 . رمز Bibcode : 2007BBRC..358..521M . doi : 10.1016/j.bbrc.2007.04.172 . PMID 17493584 . 
  43. برونو آي جي، جين دبليو، كوت جي جي (أكتوبر 2004). "تصحيح التضفير البديل الشاذ لـ FGFR1 من خلال استهداف العناصر التنظيمية الداخلية" . علم الوراثة الجزيئية البشرية . 13 (20): 2409-2420 . doi : 10.1093/hmg/ddh272 . PMID 15333583 . 
  44. فو إكس دي، آريس إم (أكتوبر 2014). "التحكم المعتمد على السياق في التضفير البديل بواسطة البروتينات الرابطة للحمض النووي الريبي" . مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 15 (10): 689-701 . doi : 10.1038/nrg3778 . PMC 4440546. PMID 25112293 .  
  45. فو إكس دي، آريس إم (أكتوبر 2014). "التحكم المعتمد على السياق في التضفير البديل بواسطة البروتينات الرابطة للحمض النووي الريبي" . مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 15 (10): 689-701 . doi : 10.1038/nrg3778 . PMC 4440546. PMID 25112293 .  
  46. دانكواردت إس، نيو-يليك جي، ثيرمان آر، فريد يو، هينتز إم دبليو، كولوزيك إيه إي (مارس 2002). "مرنا بيتا غلوبين المُعالَج بشكل غير طبيعي: طفرة نقطية واحدة تُنتج نسخًا حساسة وغير حساسة لتحلل المرنا بوساطة كودون التوقف" . مجلة الدم . 99 (5): 1811-1816 . doi : 10.1182/blood.V99.5.1811 . PMID 11861299. S2CID 17128174 .  
  47. وارد إيه جيه، كوبر تي إيه (يناير 2010). " علم أمراض التضفير" . مجلة علم الأمراض . 220 (2): 152-163 . doi : 10.1002/path.2649 . PMC 2855871. PMID 19918805 .  
  48. فان فين هـ، فاشيشت د، أكرمان م، جيرك ت، موستروف أ، رينين إ، وآخرون . (أكتوبر 2016). "النسخ الجينية لثمانية سلالات من نبات رشاد أذن الفأر تكشف عن استجابات أساسية محفوظة، خاصة بالنمط الجيني والعضو، للإجهاد الناتج عن الفيضانات" . علم وظائف النبات . 172 (2): 668-689 . doi : 10.1104/pp.16.00472 . PMC 5047075. PMID 27208254 .   
  49. هانادا ك، يانغ جيه سي (يونيو 2005). "الكيمياء الحيوية الحديثة: التضفير البروتيني بعد الترجمة ودروس أخرى من مدرسة معالجة المستضدات" . مجلة الطب الجزيئي . 83 (6): 420-428 . doi : 10.1007/s00109-005-0652-6 . PMID 15759099. S2CID 37698110 .  
  50. سالزمان ج، جواد س، وانغ ب ل، وآخرون. الحمض النووي الريبوزي الدائري هو الشكل السائد للنسخ الجيني من مئات الجينات البشرية في أنواع مختلفة من الخلايا. PLoS One 2012؛7(2):e30733.
  51. جيك دبليو آر، سورينتينو جيه إيه، وانغ كيه، وآخرون. الحمض النووي الريبي الدائري وفير ومحفوظ ومرتبط بتكرارات ALU. RNA 2013؛19(2):141-57.
  52. Zhang Y, Zhang XO, Chen T, et al. Circular intronic long noncoding RNAs. Molecular cell 2013;51(6):792-806.
  53. تالهوارن جي جي وغال جي جي. الحمض النووي الريبي الداخلي الحلقي في سيتوبلازم بويضات الضفدع الاستوائي. الحمض النووي الريبي 2014؛20(9):1476-87.