تويت
الـ RNA اختصارًا الـRibonucleic Acid أو الحمض النووي الريبوزي ، هو مركب معقد ذو وزن جزيئي عالٍ يدخل في عملية تصنيع البروتين داخل الخلية ، ويحل محل الـ DNA- الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين- ناقلًا للمعلومات الوراثية أو الجينات في بعض الفيروسات. يتكون الـ RNA من نيوكليوتيدات ريبوزية -قواعد نيتروجينية ملتصقة بسكر ريبوزي- مرتبطة مع بعضها البعض عن طريق روابط فوسفات ثنائية الإستر (Phosphodiester bonds)، مكونةً سلاسل مختلفة الأطوال.
القواعد النيتروجينية المكوّنة ل الحمض النووي الريبوزي هي: الأدنين والغوانين والسايتوسين، واليوراسيل التي تحل مقام الثايمين في الـDNA. سكر الريبوز المكون للـ RNA هو مركب حلقي مكون من خمس كربونات وذرة أكسجين واحدة، إن وجود مجموعة هيدروكسيل قابلة للتفاعل مرتبطة في ذرة الكربون الثانية في جزيء السكر الريبوزي يجعله معرضًا للتحلل المائي، لا توجد نقطة الضعف الكيميائية هذه في الـ DNA -لا يحتوي الـ DNA على مجموعة الهيدروكسيل. هذا ما جعل الـ DNA يتطور ليصبح الناقل الرئيس للمعلومات الجينية في أغلب الأحياء. وُصف تركيب الـ RNA لأول مرة عن طريق العالِم R.W. Holley في العام 1965م.
بنية الـRNA:
بنية الحمض النووي الريبي ووظيفته
يوجد الـRNA في صورة خيط مفرد من البوليمرات الحيوية، ولكن الصيغة التكميلية الذاتية للـRNA تربط أجزاءه مع بعضها البعض مع انثناء الرايبونيوكليوتيدات لتشكل تركيبات معقدة مكوَّنَة من نتوءات ولوالب.
إن الشكل الثلاثي الأبعاد ل الحمض النووي الريبوزي مهم جدًا لثبوتيته ووظيفته، ما يعطي السكر الريبوزي والقواعد النيتروجينية قابليةً للتعديل بأشكال عديدة عن طريق الإنزيمات الخلوية والتي تقوم بإضافة مجموعات كيميائية (مثل مجموعة الميثيل)، هذه التعديلات تسمح بتكوين روابط كيميائية بين المناطق غير المتجاورة في الـ RNA، وتؤدي لتكون الالتواءات في سلسلة الـ DNA، هذه الالتواءات مهمة للغاية في مهمة استقرار بنية الـ RNA.
إن الجزيئات ذات القابلية السيئة للتعديل وعديمة الاستقرار معرضة بشكل أكبر للتدمير، كمثال أي مركب مبدئي للـ RNA الناقل (tRNA) لا يحتوي على مجموعة ميثيل (tRNAiMet)؛ فإنه في الموقع 58 من السلسلة يكون غير مستقر وبالتالي يصبح غير فعال، هذه السلسلة غير الفعالة ستُدمَر إذًا من قبَل منظومة ضبط الجودة الخلوية المختصة الـ RNA الناقل.
بإمكان الحمض النووي الريبوزي أن يشكل روابط مع جزيئات تعرف ببروتينات الأحماض الرايبوزية – ribonucleoproteins (RNPs). اتضح أن الجانب الخاص بالـ DNA في واحدة على الأقل من بروتينات الأحماض الرايبوزية (RNPs)، يقوم بمهام تحفيزية؛ وهي وظيفة كان يُعتقد بأنها خاصة بالبروتينات فقط.
أنواع الـRNA ووظائفه:
هناك العديد من أنواع الـ RNA، منها ثلاثة أنواع معروفة لنا جيدًا: الـ RNA الرسول (mRNA)، الـ RNA الناقل (tRNA)، والـ RNA الريبوسومي (rRNA)، موجودة في كافة الكائنات الحية، بالإضافة إلى هذه الأنواع هناك أنواع أخرى من الـ RNA تقوم بالتفاعلات الحيوية -كما تفعل الإنزيمات- والبعض الآخر لديه وظائف معقدة لتنظيم المهام داخل الخلايا، ولأن الـ DNA يدخل في العديد من الوظائف التنظيمية، ولتوفره بكميات كبيرة؛ فهو يلعب أدوارًا مهمةً في العديد من وظائف الخلايا ودورًا مهمًا في العديد من الأمراض التي تصيب الإنسان.
يحمل الـ RNA الرسول في عملية صناعة البروتينات الشيفرة الوراثية من الـ DNA في النواة إلى الريبوسومات، وهي منطقة تخليق البروتينات في سيتوبلازم الخلية (عملية الترجمة Translation- ).
تتكون الريبوسومات من الـRNA الريبوسومي والبروتينات. تكون أجزاء البروتينات الريبوسومية مشفرةً ومحمولةً على متن الـ RNA الريبوسومي وتُصنع داخل النواة، وعندما يكتمل تصنيعها فإنها تُنقل من داخل النواة إلى السيتوبلازم، إذ أنها جزء مهم في عملية الترجمة؛ لأنها تقوم بـعملية قراءة هذه الشفرة المحمولة على متن الـ RNA الرسول.
تُخصص مجموعة متتالية مكونة من ثلاث قواعد نيتروجينية في الحمض النووي الريبوزي الرسول لإضافة حمض أميني محدد في السلسلة التي ستشكل نوعًا محددًا من البروتين فيما بعد، بينما تحتوي جزيئات من الـ RNA الناقل -يطلق عليها في بعض الأحيان الـ RNA الذائب أو المفعّل- على أقل من 100 نيوكليوتيدة تحمل الحمض الأميني المختار إلى داخل الريبوسومات، فيرتبط ليكون البروتين.
بالإضافة للـ RNA الرسول والـ RNA الناقل والـ RNA الريبوسومي، يمكن تقسيم مجموعة الـ RNAs الكبرى إلى RNA مشفر (cRNA) وRNA غير مُشفر (ncRNA)، هنالك نوعان مختلفان من الـ ncRNAمتراكمة housekeeping- ncRNA مثل الـ RNA الناقل والـ RNA الرسول، ومنظمة – ncRNA regulatory التي يمكن تقسيمها بناءً على حجمها إلى الـ ncRNA الطويلة، وتحتوي على أكثر من 200 نيوكليوتيدة، وncRNA صغيرة وتحتوي على عدد أقل من 200 نيوكليوتيدة، تُقسم الـ ncRNA الصغيرة إلى مايكرو RNA (miRNA)، RNA نووي صغير snoRNA))، RNA نووي صغير (snRNA)، RNA صغير متداخل (siRNA)، المتداخل -RNA Piwi (piRNA).
إن المايكرو RNA ذات أهمية خاصة؛ إذ تتكون من 22 نيوكليوتيدةً وتعمل في تنظيم الجينات في معظم الكائنات حقيقية النوى؛ إذ بإمكانها إسكات الجينات (إيقاف عملية التعبير الجيني -gene expression) عن طريق ارتباطها ب الحمض النووي الريبوزي الرسول وإيقاف عملية الترجمة؛ وبالتالي تمنع إنتاج بروتينات وظيفية.
يلعب العديد من المايكرو RNA دورًا هامًّا في مرض السرطان والعديد من الأمراض الأخرى، على سبيل المثال فإن المايكرو RNA المسؤولة عن تثبيط نمو الأورام وتلك المسؤولة عن بدء نمو الأورام يمكنها أن تنظم جينات مستهدفة فريدة؛ وبالتالي يكون في المقدور تنشئة الأورام وتطويرها.
ومن الوظائف المهمة لدى ما يسمى بـ Piwi RNA، المكون من 26 إلى 31 نيوكليوتيدةً والموجود في معظم الحيوانات: تنظيم ظهور الجينات القافزة؛ إذ يمنع ظهورها في الخلايا الجنسية (الحيوانات المنوية والبويضات).
معظم الـ PiRNA مكملة لأنواع مختلفة من الجينات القافزة Transposons ويمكنها إيقاف هذه الجينات بدقة متناهية. أما الـ RNA الدائري (circRNA) فهو فريد من نوعه؛ فنهاية الطرف 5’ مرتبطة مع نهاية الطرف 3’، فتشكل بهذا عقدةً مقفلةً، تتشكل هذه العقدة عن طريق مجموعة من الجينات المشفِرة للبروتينات، والبعض منهم قد يعمل قالبًا لصناعة بروتينات أخرى كما يحدث في حالة الحمض النووي الريبوزي.
من الممكن أيضًا أن يرتبط بجزيئات المايكرو RNA، إذ يعمل كالإسفنج ويمنعه من الارتباط مع أهدافه. بالإضافة إلى ذلك يلعب الـ RNA الدائري دورًا هامًا في تنظيم عمليتي النسخ وتقطيع الجينات التي يتكون منها الـ RNA الدائري.
الـRNA في الأمراض:
لقد اكتُشفَت علاقات مهمة بين الـ RNA والكثير من أمراض البشرية؛ على سبيل المثال، وكما طُرح سابقًا: بعض المايكرو RNA لديها القدرة على تنظيم جينات مسؤولة عن ظهور مرض السرطان بطريقة من الممكن أن تسمح لهذا المرض بالتطور. بالإضافة إلى ذلك: لقد اتضح أن عدم انتظام عملية تدمير الـ RNA مرتبط بظهور العديد من الأمراض العصبية الانتكاسية مثل مرض ألزهايمر.
وفي حالة أنواع الـ RNA الأخرى، من الممكن أن يرتبط الـ RNA الناقل بمجموعة من البروتينات تدعى الكاسبيز -Caspases، إذ أنها تلعب دورًا هامًّا في عملية الموت المبرمج للخلايا Apoptosis، فتثبط عملها عن طريق ارتباطها بهذه البروتينات، إن هروب الخلايا من عملية الموت المبرمج يعد واحدًا من أهم أركان مرض السرطان، كذلك هنالك مجموعة من الـ RNA غير المشفرة تعرف بـ القطع المشتقة من الحمض النووي الريبوزي الناقل.
ومن المتوقع أن يكون لها علاقة بمرض السرطان. أدى ظهور تقنيات حديثة مثل فك تسلسل الـ RNA إلى معرفة أنواع حديثة من النصوص الجينية الخاصة بمرض السرطان؛ مثال MALATI (النص الأول للسرطان المنتشر الرئوي الغددي) metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1- يعد وجود نسبة عالية من هذا النص في خلايا الأنسجة دلالةً قويةً على انتشار الخلايا السرطانية.
تحتوي مجموعة من الـ RNA على تسلسل مكرر تعمل على عزل مجموعة من البروتينات الرابطة للـ RNA، يؤدي العزل إلى تكون تجمعات في الأنسجة العصبية، تلعب هذه التجمعات دورًا في العديد من الأمراض العصبية كالتصلب العضلي الجانبي الضموري (ALS) والضمور العصبي التوتري -myotonic dystrophy، أوكد ارتباط الفقدان الوظيفي أو سوء التنظيم أو التحور في هذه المجموعة من البروتينات الرابطة للـ RNA بالعديد من أمراض البشرية.
من المتوقع اكتشاف المزيد من العلاقات ما بين الحمض النووي الريبوزي وأمراض البشرية، إن زيادة المعرفة بالـ DNA ووظائفه مدعومة بزيادة التطور في عمليات فك التسلسل الجيني للـ RNA والجهود المبذولة في عمليات المسح لكل من الـ RNA والبروتينات الرابطة للـ RNA في العمليات العلاجية؛ كل ذلك من شأنه تسهيل هذه الاكتشافات.
القواعد النيتروجينية المكوّنة ل الحمض النووي الريبوزي هي: الأدنين والغوانين والسايتوسين، واليوراسيل التي تحل مقام الثايمين في الـDNA. سكر الريبوز المكون للـ RNA هو مركب حلقي مكون من خمس كربونات وذرة أكسجين واحدة، إن وجود مجموعة هيدروكسيل قابلة للتفاعل مرتبطة في ذرة الكربون الثانية في جزيء السكر الريبوزي يجعله معرضًا للتحلل المائي، لا توجد نقطة الضعف الكيميائية هذه في الـ DNA -لا يحتوي الـ DNA على مجموعة الهيدروكسيل. هذا ما جعل الـ DNA يتطور ليصبح الناقل الرئيس للمعلومات الجينية في أغلب الأحياء. وُصف تركيب الـ RNA لأول مرة عن طريق العالِم R.W. Holley في العام 1965م.
بنية الـRNA:
بنية الحمض النووي الريبي ووظيفته
يوجد الـRNA في صورة خيط مفرد من البوليمرات الحيوية، ولكن الصيغة التكميلية الذاتية للـRNA تربط أجزاءه مع بعضها البعض مع انثناء الرايبونيوكليوتيدات لتشكل تركيبات معقدة مكوَّنَة من نتوءات ولوالب.
إن الشكل الثلاثي الأبعاد ل الحمض النووي الريبوزي مهم جدًا لثبوتيته ووظيفته، ما يعطي السكر الريبوزي والقواعد النيتروجينية قابليةً للتعديل بأشكال عديدة عن طريق الإنزيمات الخلوية والتي تقوم بإضافة مجموعات كيميائية (مثل مجموعة الميثيل)، هذه التعديلات تسمح بتكوين روابط كيميائية بين المناطق غير المتجاورة في الـ RNA، وتؤدي لتكون الالتواءات في سلسلة الـ DNA، هذه الالتواءات مهمة للغاية في مهمة استقرار بنية الـ RNA.
إن الجزيئات ذات القابلية السيئة للتعديل وعديمة الاستقرار معرضة بشكل أكبر للتدمير، كمثال أي مركب مبدئي للـ RNA الناقل (tRNA) لا يحتوي على مجموعة ميثيل (tRNAiMet)؛ فإنه في الموقع 58 من السلسلة يكون غير مستقر وبالتالي يصبح غير فعال، هذه السلسلة غير الفعالة ستُدمَر إذًا من قبَل منظومة ضبط الجودة الخلوية المختصة الـ RNA الناقل.
بإمكان الحمض النووي الريبوزي أن يشكل روابط مع جزيئات تعرف ببروتينات الأحماض الرايبوزية – ribonucleoproteins (RNPs). اتضح أن الجانب الخاص بالـ DNA في واحدة على الأقل من بروتينات الأحماض الرايبوزية (RNPs)، يقوم بمهام تحفيزية؛ وهي وظيفة كان يُعتقد بأنها خاصة بالبروتينات فقط.
أنواع الـRNA ووظائفه:
هناك العديد من أنواع الـ RNA، منها ثلاثة أنواع معروفة لنا جيدًا: الـ RNA الرسول (mRNA)، الـ RNA الناقل (tRNA)، والـ RNA الريبوسومي (rRNA)، موجودة في كافة الكائنات الحية، بالإضافة إلى هذه الأنواع هناك أنواع أخرى من الـ RNA تقوم بالتفاعلات الحيوية -كما تفعل الإنزيمات- والبعض الآخر لديه وظائف معقدة لتنظيم المهام داخل الخلايا، ولأن الـ DNA يدخل في العديد من الوظائف التنظيمية، ولتوفره بكميات كبيرة؛ فهو يلعب أدوارًا مهمةً في العديد من وظائف الخلايا ودورًا مهمًا في العديد من الأمراض التي تصيب الإنسان.
يحمل الـ RNA الرسول في عملية صناعة البروتينات الشيفرة الوراثية من الـ DNA في النواة إلى الريبوسومات، وهي منطقة تخليق البروتينات في سيتوبلازم الخلية (عملية الترجمة Translation- ).
تتكون الريبوسومات من الـRNA الريبوسومي والبروتينات. تكون أجزاء البروتينات الريبوسومية مشفرةً ومحمولةً على متن الـ RNA الريبوسومي وتُصنع داخل النواة، وعندما يكتمل تصنيعها فإنها تُنقل من داخل النواة إلى السيتوبلازم، إذ أنها جزء مهم في عملية الترجمة؛ لأنها تقوم بـعملية قراءة هذه الشفرة المحمولة على متن الـ RNA الرسول.
تُخصص مجموعة متتالية مكونة من ثلاث قواعد نيتروجينية في الحمض النووي الريبوزي الرسول لإضافة حمض أميني محدد في السلسلة التي ستشكل نوعًا محددًا من البروتين فيما بعد، بينما تحتوي جزيئات من الـ RNA الناقل -يطلق عليها في بعض الأحيان الـ RNA الذائب أو المفعّل- على أقل من 100 نيوكليوتيدة تحمل الحمض الأميني المختار إلى داخل الريبوسومات، فيرتبط ليكون البروتين.
بالإضافة للـ RNA الرسول والـ RNA الناقل والـ RNA الريبوسومي، يمكن تقسيم مجموعة الـ RNAs الكبرى إلى RNA مشفر (cRNA) وRNA غير مُشفر (ncRNA)، هنالك نوعان مختلفان من الـ ncRNAمتراكمة housekeeping- ncRNA مثل الـ RNA الناقل والـ RNA الرسول، ومنظمة – ncRNA regulatory التي يمكن تقسيمها بناءً على حجمها إلى الـ ncRNA الطويلة، وتحتوي على أكثر من 200 نيوكليوتيدة، وncRNA صغيرة وتحتوي على عدد أقل من 200 نيوكليوتيدة، تُقسم الـ ncRNA الصغيرة إلى مايكرو RNA (miRNA)، RNA نووي صغير snoRNA))، RNA نووي صغير (snRNA)، RNA صغير متداخل (siRNA)، المتداخل -RNA Piwi (piRNA).
إن المايكرو RNA ذات أهمية خاصة؛ إذ تتكون من 22 نيوكليوتيدةً وتعمل في تنظيم الجينات في معظم الكائنات حقيقية النوى؛ إذ بإمكانها إسكات الجينات (إيقاف عملية التعبير الجيني -gene expression) عن طريق ارتباطها ب الحمض النووي الريبوزي الرسول وإيقاف عملية الترجمة؛ وبالتالي تمنع إنتاج بروتينات وظيفية.
يلعب العديد من المايكرو RNA دورًا هامًّا في مرض السرطان والعديد من الأمراض الأخرى، على سبيل المثال فإن المايكرو RNA المسؤولة عن تثبيط نمو الأورام وتلك المسؤولة عن بدء نمو الأورام يمكنها أن تنظم جينات مستهدفة فريدة؛ وبالتالي يكون في المقدور تنشئة الأورام وتطويرها.
ومن الوظائف المهمة لدى ما يسمى بـ Piwi RNA، المكون من 26 إلى 31 نيوكليوتيدةً والموجود في معظم الحيوانات: تنظيم ظهور الجينات القافزة؛ إذ يمنع ظهورها في الخلايا الجنسية (الحيوانات المنوية والبويضات).
معظم الـ PiRNA مكملة لأنواع مختلفة من الجينات القافزة Transposons ويمكنها إيقاف هذه الجينات بدقة متناهية. أما الـ RNA الدائري (circRNA) فهو فريد من نوعه؛ فنهاية الطرف 5’ مرتبطة مع نهاية الطرف 3’، فتشكل بهذا عقدةً مقفلةً، تتشكل هذه العقدة عن طريق مجموعة من الجينات المشفِرة للبروتينات، والبعض منهم قد يعمل قالبًا لصناعة بروتينات أخرى كما يحدث في حالة الحمض النووي الريبوزي.
من الممكن أيضًا أن يرتبط بجزيئات المايكرو RNA، إذ يعمل كالإسفنج ويمنعه من الارتباط مع أهدافه. بالإضافة إلى ذلك يلعب الـ RNA الدائري دورًا هامًا في تنظيم عمليتي النسخ وتقطيع الجينات التي يتكون منها الـ RNA الدائري.
الـRNA في الأمراض:
لقد اكتُشفَت علاقات مهمة بين الـ RNA والكثير من أمراض البشرية؛ على سبيل المثال، وكما طُرح سابقًا: بعض المايكرو RNA لديها القدرة على تنظيم جينات مسؤولة عن ظهور مرض السرطان بطريقة من الممكن أن تسمح لهذا المرض بالتطور. بالإضافة إلى ذلك: لقد اتضح أن عدم انتظام عملية تدمير الـ RNA مرتبط بظهور العديد من الأمراض العصبية الانتكاسية مثل مرض ألزهايمر.
وفي حالة أنواع الـ RNA الأخرى، من الممكن أن يرتبط الـ RNA الناقل بمجموعة من البروتينات تدعى الكاسبيز -Caspases، إذ أنها تلعب دورًا هامًّا في عملية الموت المبرمج للخلايا Apoptosis، فتثبط عملها عن طريق ارتباطها بهذه البروتينات، إن هروب الخلايا من عملية الموت المبرمج يعد واحدًا من أهم أركان مرض السرطان، كذلك هنالك مجموعة من الـ RNA غير المشفرة تعرف بـ القطع المشتقة من الحمض النووي الريبوزي الناقل.
ومن المتوقع أن يكون لها علاقة بمرض السرطان. أدى ظهور تقنيات حديثة مثل فك تسلسل الـ RNA إلى معرفة أنواع حديثة من النصوص الجينية الخاصة بمرض السرطان؛ مثال MALATI (النص الأول للسرطان المنتشر الرئوي الغددي) metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1- يعد وجود نسبة عالية من هذا النص في خلايا الأنسجة دلالةً قويةً على انتشار الخلايا السرطانية.
تحتوي مجموعة من الـ RNA على تسلسل مكرر تعمل على عزل مجموعة من البروتينات الرابطة للـ RNA، يؤدي العزل إلى تكون تجمعات في الأنسجة العصبية، تلعب هذه التجمعات دورًا في العديد من الأمراض العصبية كالتصلب العضلي الجانبي الضموري (ALS) والضمور العصبي التوتري -myotonic dystrophy، أوكد ارتباط الفقدان الوظيفي أو سوء التنظيم أو التحور في هذه المجموعة من البروتينات الرابطة للـ RNA بالعديد من أمراض البشرية.
من المتوقع اكتشاف المزيد من العلاقات ما بين الحمض النووي الريبوزي وأمراض البشرية، إن زيادة المعرفة بالـ DNA ووظائفه مدعومة بزيادة التطور في عمليات فك التسلسل الجيني للـ RNA والجهود المبذولة في عمليات المسح لكل من الـ RNA والبروتينات الرابطة للـ RNA في العمليات العلاجية؛ كل ذلك من شأنه تسهيل هذه الاكتشافات.