كيف يعرف الحمض النووي الوظيفة التي يجب القيام بها في كل خلية؟

بالعربي/ إذا كانت كل خلية تحمل نفس المخطط ، فما الذي يميزها عن بعضها البعض؟

توجد نسخة من الحمض النووي الخاص بك في نوى جميع الخلايا البالغ عددها 37.2 تريليون خلية. من الناحية النظرية ، تتمتع كل هذه الخلايا بنفس القدرات ، لأنها تحمل نفس المخطط. إذن كيف يعرف الحمض النووي الخاص بك عندما يكون في خلية دم مقابل خلية شمية ، على سبيل المثال؟ كيف تعرف الجينات التي يجب “تشغيلها”؟ كيف تعرف الخلية وظيفتها وتؤديها؟

مثل كل الأشياء المتعلقة بالحمض النووي ، فهي عملية متعددة العوامل ومنظمة للغاية. في البشر والكائنات الحية الأخرى ذات الخلايا حقيقية النواة (التي تحتوي على نواة مغلقة) ، يشرح المفهوم المعروف باسم “العقيدة المركزية” كيف يعمل الحمض النووي كدليل إرشادي ، مع الحمض النووي لإعلام الحمض النووي الريبي (mRNA) ، والذي يتم استخدامه بعد ذلك كخريطة طريق لإنتاج البروتين. لذا ، فإن نسخ الجزء الصحيح من الحمض النووي إلى mRNA هو مجرد الخطوة الأولى في ضمان احتواء الخلية على جميع البروتينات التي تحتاجها. 

قالت كارين ريدي ، الأستاذة المساعدة في الكيمياء البيولوجية في كلية الطب بجامعة جون هوبكنز ، إن بروتينًا خاصًا يسمى عامل النسخ يعمل على تشغيل الجينات . ترتبط عوامل النسخ بالحمض النووي لزيادة أو تقليل التعبير عن جينات معينة. لكنه يثير سؤالا: من أين يأتي عامل النسخ؟ 

قال ريدي لـ Live Science: “يتم إعادة استخدام الكثير من عوامل النسخ من خلية إلى أخرى”. إنه يشبه كيف يمكن استخدام نفس الأجزاء في سيارات مختلفة. يمكن لعامل نسخ واحد تنشيط جينات مختلفة في أنواع خلايا مختلفة. على سبيل المثال ، عامل النسخ المستخدم في الخلايا الشمية المسمى Olf-1 مطابق للعامل المستخدم في تحديد الخلايا البائية ، Ebf-1. ويعرف عامل النسخ أنه ينشط جينات مختلفة في هذه الخلايا لأن الحمض النووي يتم تنظيمه وتعبئته بشكل مختلف في أنواع مختلفة من الخلايا ، والمعروف أيضًا بوجود مناظر طبيعية للكروماتين مختلفة. 

في النواة ، مركب من الحمض النووي والبروتينات والحمض النووي الريبي معًا لتعبئة خيوط الحمض النووي الطويلة. يسمى المجمع الكروماتين. كيفية التفاف الحمض النووي حول مجموعة من البروتينات تسمى الهيستونات ، والتعديلات الكيميائية على تلك الهستونات ، تسمى منظر الكروماتين. هذا يؤثر على الجينات المعرضة أكثر أو أقل. قال ريدي إنه في نوع خلية معين ، تكون بعض الجينات مهيأة للتنشيط بواسطة عامل النسخ بسبب كيفية تعرضها في بنية الكروماتين. البعض الآخر مكبوت – أو مطوي – بواسطة مشهد الكروماتين. لا يزال من الممكن تشغيل هذه ، ولكن أولاً يجب أن تكون هناك عوامل نسخ كافية ومعدلات الكروماتين لتغيير بنية الكروماتين والكشف عنها. 

قال ريدي: “هناك حديث متقاطع بين منظر الكروماتين وكون عامل النسخ”.

قال ريدي إن تراكب هذين العاملين هو الهندسة المعمارية ثلاثية الأبعاد في نواة الخلية ، أو كيفية طي الكروماتين وتنظيمه في النواة. يسهل هذا الطي التفاعلات بين الجينات التي يجب التعبير عنها والعناصر التي تزيد من تعبيرها. يتم تجميع الأجزاء النشطة – أو المطلوبة – من الحمض النووي في نوع خلية معين بالقرب من المركز ، بينما تكون الأقسام غير النشطة قريبة من خارج النواة. 

بعض العناصر التي تتحكم في كيفية التعبير عن الجين ، مثل المحفز الذي يمكنه تشغيل الجين أو إيقاف تشغيله ، تكون على الفور بالقرب من الجين. لكن العناصر الأخرى ، مثل المُحسِّن الخاص بالنسيج الذي يزيد من التعبير الجيني ، يمكن أن يكون بعيدًا عن الجين الذي يحتاجون إليه لتعزيز الخلية. قال ريدي إن الهندسة القابلة للطي أو ثلاثية الأبعاد تجعل المُحسِّن قريبًا من الجين محل الاهتمام. 

أخيرًا ، هناك عمليات تحدث تغييرات طويلة الأمد للحمض النووي نفسه. على سبيل المثال ، تتضمن مثيلة الحمض النووي إضافة مجموعة ميثيل إلى نيوكليوتيد (الحمض النووي “لبنة” السيتوزين والعمود الفقري للحمض النووي) ويرتبط عمومًا بقمع الجين ، كما قال ريدي. يمكن أن تنتقل مثيلة الحمض النووي من جيل إلى جيل ، وتؤثر على الجينات التي يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها في نوع معين من الخلايا ، وتمنعك من الإفراط في التعبير عن جينات معينة ، والتي بدورها يمكن أن تؤدي إلى حالات مثل الاضطرابات العصبية والقلب والأوعية الدموية المرض ، وفقًا لمراجعة عام 2015 في مجلة Cureus .الألغاز ذات الصلة

قال ريدي إن كل هذه المستويات – مثيلة الحمض النووي ، ومظهر الكروماتين ، وعوامل الطي والنسخ – هي خطوات تنظيمية مهمة للتعبير عن الجينات الأساسية في المكان المناسب في الوقت المناسب. “أي من مستويات السيطرة هذه مضطرب في مرض مثل السرطان.”الإعلانات

الخبر السار هو أن هذه العناصر التنظيمية تدعم بعضها البعض. قال ريدي: “يمكن أن يحدث خطأ ما ، وستكون بخير كخلية ، لأن هذه العمليات تعزز بعضها البعض”.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com