قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية
في هذا العدد من النشرة الإخبارية، سنسلط الضوء على البحث الذي يجريه قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في معهد دسمان للسكري، بقيادة الدكتور جهاد أبو بكر.
آخر مستجدات الأبحاث
اكتشف آخر أخبار قطاع الأبحاث في معهد دسمان للسكري
علم التخلق وعلم الوراثة
تاريخ النشر01/09/2019
في حين أن علم الوراثة ودراسة التعبير الجيني وتسلسل الحمض النووي والتغيرات الجينية أمور مهمة ساهمت في تطوير فهمنا للعديد من الأمراض، إلّا أننا شهدنا في العقدين الماضيين تجديد الاهتمام بعلم التخلق أو العلم اللاجيني، ودراسة وجود التغيرات الوراثية في التعبير الجيني من دون وجود تغيرات في تسلسل الحمض النووي، أي التغير في النمط الظاهري (الخصائص التي يمكن ملاحظتها) من دون وجود تغير في التركيب الوراثي.
التغيرات فوق الجينية أو اللاجينية هي أحداث طبيعية، تحدث عندما تكون الجينات في حالة من النشاط الفعلي، ويمكن أن تتأثر بعدة عوامل خلال حياة الإنسان، بما في ذلك العمر والبيئة ونمط الحياة، إلى جانب حالة الشخص المرضية. والتغيرات اللاجينية هي قابلة للعكس.
قدّم كتاب نيسا كاري عن ثورة علم التخلق تشبيهاً رائعًا لوصف علم التخلق. “إذا اعتبرنا أن عمر الإنسان هو فيلم طويل جدًا، ستكون الخلايا الممثلين والممثلات، أي الوحدات الأساسية التي يتكوّن منها الفيلم. أمّا الحمض النووي، فهو النص، والتعليمات المعطاة لجميع المشاركين في الفيلم لأداء أدوارهم. بالتالي، يكون تسلسل الحمض النووي كلمات النص، لتكون الجينات بدورها كتل معيّنة من هذه الكلمات التي توجه الإجراءات أو الأحداث الرئيسية التي ستجري. فيكون مفهوم علم الوراثة مثل كتابة السيناريو. ومفهوم التخلق، إذن، يكون الإخراج. يمكن أن يكون السيناريو نفسه، ولكن قد يختار المخرج حذف أو تعديل بعض المشاهد أو جزء من الحوار، ما يغيّر الفيلم للأفضل أو للأسوأ. وفي النهاية، يكون الفيلم النهائي من إخراج ستيفن سبيلبرغ مختلف تمامًا عن فيلم لووديآلن، وإن كان النص نفسه، أليس كذلك؟»
الأنظمة الثلاثة المعروفة لتعديلات الوراثة اللاجينية هي مثيلة الحمض النووي، وتغير بروتين هيستون، والتنظيم غير المرمز للحمض النووي الريبي. في مجال البيولوجيا الجزيئية، تُسمّى دراسة التعديلات الكيميائية الحيوية للحمض النووي الريبي «ايبيترانسكريبتومكس» (Epitranscriptomics).
يُعدّ تنظيم تعبير الحمض النووي الريبي الجيني بعد النسخ أمرًا في بالغ الأهمية لأنه يتحكم في نهاية المطاف في إنتاج البروتين. يتم التحكم في انتقال الحمض النووي الريبي وكفاءة ترجمته واستقراره عند النسخ. تم وصف العديد من تعديلات النوكليوتيدات في أنواع مختلفة من جزيئات الحمض النووي الريبي ويمكن تعديل كل موضع من حلقات بيريميدينوالبيورين بعد النسخ (Dominissini ،2014). ومع ذلك، تبقى المثيلة الشكل الأكثر شيوعًا للتعديل. وبشكل أكثر تحديدًا، تعد تعديلات N6-methyladenosine (m6A)، وهي إضافة مجموعة الميثيل إلى الأدينوزين، أكثر تعديلات الحمض النووي الريبي شيوعًا (Yang، Hsu، Chen، &Yang، 2018). بدأت الدراسات التفصيلية لوظائف m6A في العام 2012 تقريباً، عندما أصبح التنميط واسع النطاق لـ m6A ممكنًا من خلال الترسيب المناعي المستند إلى الجسم المضاد ويليه التسلسل عالي الإنتاجية.
ثمة ثلاث مجموعات مهمة من البروتينات التي تتوسط في هذا التعديل كما هو موضح في الرسم البياني الأول:
التعديلات المماثلة للحمض النووي الريبوزي أو الـ «رنا» (RNA) معروفة وواضحة جدًا؛ ومع ذلك، لا يزال نمط حدوثها غير واضح. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط علم التخلق وعلم الوراثة ارتباطًا كلاسيكيًا بالسرطان، لكن الدراسات الحديثة تنظر في دورهما في أمراض مختلفة. طوّر قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في معهد دسمان للسكري العديد من المشاريع للتحقيق في دور الحمض النووي الريبي غير المرمز، وتحديداً الرنا الميكروي، في مرض السكري والسمنة والأمراض الأيضية.
المراجع
1. Abu-Farha, M., P. Cherian, I. Al-Khairi, R. Nizam, A. Alkandari, H. Arefanian, J. Tuomilehto, F. Al-Mulla and J. Abubaker (2019). “Reduced miR-181d level in obesity and its role in lipid metabolism via regulation of ANGPTL3.” Scientific Reports 9(1): 11866.
2. De Jesus, D. F., Z. Zhang, S. Kahraman, N. K. Brown, M. Chen, J. Hu, M. K. Gupta, C. He and R. N. Kulkarni (2019). “m6A mRNA methylation regulates human β-cell biology in physiological states and in type 2 diabetes.” Nature Metabolism 1(8): 765-774.
3. Dominissini, D. (2014). “Roadmap to the epitranscriptome.” Science 346(6214): 1192.
4. Yang, Y., P. J. Hsu, Y. S. Chen and Y. G. Yang (2018). “Dynamic transcriptomic m(6)A decoration: writers, erasers, readers and functions in RNA metabolism.” Cell Res 28(6): 616-624.
