פעילות סלולרית מרמזת שמחזור נמצא ב-DNA שלנו

פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


למרות שאתה אולי לא מעריך אותם, או אפילו שמעת עליהם, בכל הגוף שלך, אינספור מכונות מיקרוסקופיות הנקראות spliceosomes עובדות קשה. בזמן שאתם יושבים וקוראים, הם מחברים בנאמנות ובמהירות את המידע השבור בגנים שלכם על ידי הסרת רצפים הנקראים "אינטרונים" כך שה-RNA שליח שלכם יכול ליצור את החלבונים הנכונים הדרושים לתאים שלכם.

פרסומת

אינטרונים הם אולי אחת התעלומות הגדולות ביותר של הגנום שלנו. הם רצפי DNA שקוטעים את המידע המקודד החלבון הגיוני בגנים שלך, וצריך "לשבור אותם החוצה". לגנום האנושי יש מאות אלפי אינטרונים, בערך 7 או 8 לכל גן, וכל אחד מהם מוסר על ידי קומפלקס חלבון RNA מיוחד הנקרא "ספליזוזום" שחותך את כל האינטרונים ומחבר יחד את רצפי הקוד הנותרים, הנקראים אקסונים. לא ידוע כיצד המערכת הזו של גנים שבורים והספליזוזום התפתחה בגנום שלנו.

במהלך הקריירה הארוכה שלו, מני ארס, פרופסור מכובד באוניברסיטת סנטה קרוז לביולוגיה מולקולרית, תאית והתפתחותית, עשה זאת למשימתו ללמוד כמה שיותר על שחבור RNA.

"אני עוסק רק בספליוזום," אמר ארס. "אני רק רוצה לדעת כל מה שהספליאוזום עושה – גם אם אני לא יודע למה הוא עושה את זה."

במאמר חדש שפורסם בכתב העת גנים והתפתחות, ארס מדווח על תגלית מפתיעה על הספליזוזום שיכולה לספר לנו יותר על התפתחותם של מינים שונים ועל הדרך שבה תאים הסתגלו לבעיה המוזרה של אינטרונים. המחברים מראים שאחרי שה-spliceosome מסיים לשבור את ה-mRNA, הוא נשאר פעיל ויכול לעסוק בתגובות נוספות עם האינטרונים שהוסרו.

תגלית זו מספקת את האינדיקציה החזקה ביותר שיש לנו עד כה לכך שספליזוזומים יכולים להחזיר אינטרון בחזרה לגנום במיקום אחר. זוהי יכולת שקודם לכן לא האמינו שיש ל-spliceosomes, אבל שהיא מאפיין נפוץ של "אינטרונים מקבוצה II", בני דודים מרוחקים של ה-spliceosome שקיימים בעיקר בחיידקים.

מאמינים שהאינטרונים הספליוזום והאינטרונים מקבוצה II חולקים אב קדמון משותף שהיה אחראי להפצת אינטרונים ברחבי הגנום, אך בעוד שאינטרונים מקבוצה II יכולים לחבור את עצמם מתוך RNA ואז ישירות חזרה ל-DNA, ה"אינטרונים הספליזוזומליים" שנמצאים ב רוב האורגניזמים ברמה גבוהה יותר דורשים את ה-spliceosome עבור שחבור ולא האמינו שהם מוכנסים חזרה ל-DNA. עם זאת, הממצא של המעבדה של ארס מצביע על כך שהספליזוזום עדיין עשוי להחדיר מחדש אינטרונים לגנום כיום. זוהי אפשרות מסקרנת לשקול מכיוון שאינטרונים המוכנסים מחדש ל-DNA מוסיפים מורכבות לגנום, והבנה נוספת על מהיכן מגיעים האינטרונים הללו יכולה לעזור לנו להבין טוב יותר כיצד אורגניזמים ממשיכים להתפתח.

בונים על תגלית מעניינת

הגנים של האורגניזם עשויים מ-DNA, שבו ארבעה בסיסים, אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G) ותימין (T) מסודרים ברצפים המקודדים להוראות ביולוגיות, כמו איך ליצור חלבונים ספציפיים לגוף צרכי. לפני שניתן לקרוא את ההוראות הללו, ה-DNA מועתק ל-RNA בתהליך המכונה שעתוק, ואז יש להסיר את האינטרונים ב-RNA הזה לפני שריבוזום יוכל לתרגם אותו לחלבונים ממשיים.

הספליאוזום מסיר אינטרונים באמצעות תהליך דו-שלבי שגורם לכך של-RNA האינטרון אחד מקצוותיו מחובר לאמצע שלו, ויוצר מעגל עם זנב שנראה כמו "לאריאט" או לאסו של בוקרים. הופעה זו הובילה לכך שהם נקראו "אינטרונים לריאט". לאחרונה, חוקרים מאוניברסיטת בראון שחקרו את מיקומם של אתרי ההצטרפות בלריאטים אלה ערכו תצפית מוזרה – חלק מהאינטרונים היו למעשה מעגליים במקום בצורת לריאט.

התבוננות זו משכה מיד את תשומת לבו של ארס. נראה היה שמשהו מקיים אינטראקציה עם האינטרונים הלריאטיים לאחר שהוסרו מרצף ה-RNA כדי לשנות את צורתם, והספליזוזום היה החשוד העיקרי שלו.

"חשבתי שזה מעניין בגלל הרעיון הישן והישן הזה לגבי מאיפה הגיעו אינטרונים", אמר ארס. "ישנן עדויות רבות לכך שחלקי ה-RNA של הספליזוזום, ה-snRNAs, קשורים קשר הדוק לאינטרונים מקבוצה II."

מכיוון שהמנגנון הכימי לחיתוך דומה מאוד בין הספליוזומים ובין בני דודיהם הרחוקים, האינטרונים של קבוצה II, חוקרים רבים העלו תיאוריה שכאשר תהליך השחבור העצמי הפך לבלתי יעיל מכדי שאינטרונים מקבוצה II יסתיימו באופן מהימן בעצמם, חלקים של האינטרונים הללו התפתחו והפכו לספליזוזום. בעוד שאינטרונים מקבוצה II היו מסוגלים להחדיר את עצמם ישירות בחזרה ל-DNA, עם זאת, אינטרונים spliceosomal שדרשו את עזרתם של spliceosomes לא נחשבו להיות מוכנסים בחזרה ל-DNA.

"אחת השאלות שהייתה חסרה בסיפור הזה במוחי הייתה, האם ייתכן שהספליאוזום המודרני עדיין מסוגל לקחת אינטררון לריאט ולהחדיר אותו איפשהו בגנום?" אמר ארס. "האם הוא עדיין מסוגל לעשות את מה שעשה תסביך האבות?"

כדי להתחיל לענות על השאלה הזו, החליט ארס לחקור אם זה אכן הספליאוזום שערך שינויים באינטרונים הלריאטיים כדי להסיר את זנבותיהם. המעבדה שלו האטה את תהליך השחבור בתאי שמרים, וגילה שלאחר שהספליאוזום שחרר את ה-mRNA שממנו הוא סיים לשבור אינטרונים, הוא נתלה על לריאט אינטרונים ועצב אותם מחדש למעגלים אמיתיים. מעבדת ארס הצליחה לנתח מחדש נתוני רצף RNA שפורסמו מתאי אנושיים ומצאה שגם לספליזוזומים אנושיים יש את היכולת הזו.

"אנחנו נרגשים מזה, כי למרות שאנחנו לא יודעים מה ה-RNA העגול הזה עשוי לעשות, העובדה שהספליזוזום עדיין פעיל מעידה על כך שהוא יכול לזרז את החדרת האינטרון הלאריאטי בחזרה לגנום", אמר ארס.

אם הספליזוזום מסוגל להחדיר מחדש את האינטרון ל-DNA, זה גם יוסיף משקל משמעותי לתיאוריה לפיה ספליזוזומים ואינטרונים מקבוצה II חלקו אב קדמון משותף לפני זמן רב.

בדיקת תיאוריה

כעת, כאשר ארס והמעבדה שלו הראו שלספליזוזום יש את היכולת הקטליטית להחזיר אינטרונים לתוך ה-DNA באופן היפותטי כמו שעשו אבותיהם, השלב הבא הוא שהחוקרים ייצור מצב מלאכותי שבו הם "מאכילים" גדיל DNA ל- spliceosome שעדיין מחובר לאינטרון לריאט ולראות אם הם באמת יכולים לגרום לו להכניס את האינטרון למקום כלשהו, ​​מה שיציג "הוכחה למושג" לתיאוריה הזו.

אם הספליזוזום מסוגל להחדיר מחדש אינטרונים לגנום, סביר להניח שזה יהיה אירוע נדיר מאוד בבני אדם, מכיוון שלספליזוזום האנושי יש ביקוש גבוה להפליא ולכן אין להם הרבה זמן לבלות עם אינטרונים שהוסרו. עם זאת, באורגניזמים אחרים שבהם ה-spliceosome אינו עסוק באותה מידה, ההכנסה מחדש של אינטרונים עשויה להיות תכופה יותר. ארס עובד בשיתוף פעולה הדוק עם פרופסור להנדסה ביו-מולקולרית של UCSC Russ Corbett-Detig, אשר הוביל לאחרונה מצוד שיטתי וממצה אחר אינטרונים חדשים בגנום הזמין של כל המינים המכילים אינטרונים שפורסם בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS) בשנה שעברה.

המאמר ב-PNAS הראה שאירועי "התפוצצות" של אינטרונים הרחק אחורה בהיסטוריה האבולוציונית הכניסו כנראה אלפי אינטרונים לגנום בבת אחת. ארס וקורבט-דטיגי עובדים כעת על שחזור אירוע פרץ באופן מלאכותי, מה שייתן להם תובנה לגבי האופן שבו הגנום הגיב כשזה קרה.

ארס אמר כי השותפות הבין-תחומית שלו עם קורבט-דטיג פתחה להם את הדלתות לחפור באמת בכמה מהתעלומות הגדולות ביותר על אינטרונים שכנראה לא יהיה אפשרי עבורם להבין במלואם ללא המומחיות המשולבת שלהם.

"זו הדרך הטובה ביותר לעשות דברים", אמר ארס. "כשאתה מוצא מישהו שיש לו את אותו סוג של שאלות בראש אבל מערכת שונה של שיטות, נקודות מבט, הטיות ורעיונות מוזרים, זה נהיה יותר מרגש. זה גורם לך להרגיש שאתה יכול לפרוץ ולפתור בעיה כזו, שזה מאוד מורכב".



קישור לכתבת המקור – 2024-05-10 23:26:24

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר

בדוק את המבנה הפנטסטי הזה מבית היוצר ארנוב שארמה.שלום לתושבי הכספת, וחזרתי עם פרויקט שעון…