اكتشف الباحثون دوراً غير معروف سابقاً للحمض النووي الريبي (RNA) في إصلاح الحمض النووي (DNA).

وقد تؤدي رؤاهم إلى تحسين العلاجات للأمراض مثل السرطان واضطرابات التنكس العصبي، مع تغيير فهمنا للصحة الوراثية والتطور.

“للحمض النووي الريبوزي وظيفة أوسع بكثير مما كنا نعرف.”

تشتهر جزيئات الحمض النووي الريبي بأنها رسول لإنتاج البروتين. فهي تحمل التعليمات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسومات – المصانع داخل الخلايا التي تحول الأحماض الأمينية إلى البروتينات اللازمة للعديد من وظائف الخلايا.

”

لكن الفريق الذي تقوده فرانسيسكا ستوريسي من معهد جورجيا للتكنولوجيا وجد أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن يساعد الخلايا أيضًا على إصلاح شكلٍ خطير من تلف الحمض النووي يُسمى الكسر المزدوج للوشيجة، أو DSB.

يعني الكسر المزدوج للوشيجة (DSB) أن كلا شريطي حلزون الحمض النووي قد انقطعا. تمتلك الخلايا الأدوات اللازمة لإجراء بعض الإصلاحات، لكن الكسر المزدوج للوشيجة يمثل ضررًا كبيرًا — وإذا لم يتم إصلاحه بشكل صحيح، فقد يؤدي إلى طفرات أو موت الخلايا أو السرطان. (ومن المثير للاهتمام أن علاجات السرطان، مثل العلاج الكيميائي والإشعاع، يمكن أن تسبب كسورًا مزدوجة للوشيجة).

وقد كرست ستوريسي، أستاذة في كلية العلوم البيولوجية، بحثها لدراسة الجزيئات والآليات الكامنة وراء إصلاحات الحمض النووي التالفة. قبل عشر سنوات، اكتشفت هي وزملاؤها أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن يعمل كقالب لإصلاح الكسر المزدوج للوشيجة.

“لقد تعلمنا الآن أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن يعزز مباشرةً آليات إصلاح الكسر المزدوج في الحلزون المزدوج mechanisms،” كما يقول ستوريسي، الذي تعاون مختبره مع خبراء في الرياضيات في مختبر ناتاشا جونوسكا من جامعة جنوب فلوريدا. إنهم جميعًا جزء من المركز الجنوبي الشرقي للرياضيات والأحياء في معهد جورجيا للتكنولوجيا.

ويضيف ستوريسي: “هذه النتائج تفتح آفاقًا جديدة لفهم الدور المحتمل للحمض النووي الريبوزي (RNA) في الحفاظ على سلامة الجينوم ودفع التغيرات التطورية”.

استخدم الباحثون رسومًا بيانية لمسافة التباين لتصور ملايين أحداث إصلاح الكسر المزدوج في الحلزون المزدوج، مما يوفر صورة شاملة لتغيرات التسلسل. وقد أبرزت الرسوم البيانية الاختلافات الرئيسية في أنماط الإصلاح، وذلك اعتمادًا على موضع الكسر المزدوج في الحلزون المزدوج.

كشف هذا النهج الرياضي أيضًا عن اختلافات كبيرة في كفاءة الإصلاح، مما يشير إلى إمكانية الحمض النووي الريبوزي (RNA) في تعديل نتائج إصلاح الكسر المزدوج في الحلزون المزدوج.

“تُبرز هذه النتائج الدورَ البالِغَ الأهمية للتصوُّر الرياضي في فهم الآليات البيولوجية المعقدة، وقد تُمهد الطريقَ لـ تدخلاتٍ مُستهدفة في استقرار الجينوم والبحث العلاجي،” كما تقول جونوسكا.

عندما يحدث كسرٌ في شريطي الحمض النووي، يكون الأمرُ أشبهَ بِكسرِ عِمُودٍ حاملٍ للوزن في مبنى. يلزم إصلاحٌ دقيقٌ وحَذِرٌ لضمان استقرار المبنى – أو الحمض النووي. يجب إعادة وصل الأجزاء بدقة لمنع المزيد من الضرر أو الطفرة. إن إصلاح مبنى متضرر يتطلب وجود رئيس عمل موثوق به في موقع العمل. إن كسر شريطي الحمض النووي يتطلب شيئًا مشابهًا جدًا.

“إن آليةً رئيسيةً حددناها هي أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن يُساعد في وضع نهايات الحمض النووي المكسورة وثبتها في مكانها، مما يُيسر عملية الإصلاح،” كما يُوضح ستوريسي، الذي أجرى فريقه البحثَ في كلٍ من الخلايا البشرية وخلايا الخميرة.

على وجه التحديد، وجدوا أن جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) والجزء المكسور من الحمض النووي (DNA) يمكن أن يتطابقان مثل قطع أحجية الصور. فعندما يكون للحمض النووي الريبوزي هذا النوع من التكامل مع موقع كسر الحمض النووي، فإنه يعمل كسقالة، أو دليل، خارج وظيفته الترميزية التقليدية، مُظهِراً آلية الخلية مكان إجراء الإصلاحات. وعلى مر آلاف السنين، طورت الخلايا آليات معقدة لإصلاح الكسور ذات السلسلتين (DSB)، وكل منها يعمل مثل أدوات مختلفة من نفس صندوق الأدوات.

أظهر فريق ستوريسي أن الحمض النووي الريبوزي يمكن أن يؤثر على الأدوات المستخدمة، اعتمادًا على تكامله مع شرائط الحمض النووي المكسورة. وهذا يعني أنه بالإضافة إلى كونه رسولًا مهمًا لإنتاج البروتين، يعمل الحمض النووي الريبوزي كمشرف وعامل في آن واحد عندما يتعلق الأمر بإصلاح الحمض النووي.

إن الفهم الأعمق لدور الحمض النووي الريبوزي في إصلاح الحمض النووي يمكن أن يؤدي إلى استراتيجيات جديدة لتعزيز آليات الإصلاح mechanisms في الخلايا السليمة، مما قد يقلل من الآثار الضارة للعلاجات مثل العلاج الكيميائي والإشعاع.

يقول ستوريسي: “للـ RNA وظيفة أوسع بكثير مما كنا نعرف. لا يزال أمامنا الكثير من الأبحاث التي يتعين القيام بها لفهم هذه الآليات، لكن هذا العمل يفتح طرقًا جديدة لاستكشاف كيفية تسخير RNA في الرعاية الصحية، مما قد يؤدي إلى علاجات جديدة للسرطان وغيره من الأمراض الوراثية.”

مع استمرار ستوريسي والباحثين الآخرين في دراسة آثار RNA في إصلاح الحمض النووي، قد يكون لاكتشافاتهم أثر دائم على صحة الإنسان وتطوره. وهذا يعني علاجات جينية أفضل، وعلاجات جديدة للسرطان، واستراتيجيات مضادة للشيخوخة – بالإضافة إلى القدرة على التأثير في كيفية تكيف الكائنات الحية وتطورها.

ظهر البحث في Nature Communications.

جاء تمويل العمل من المعاهد الوطنية للصحة، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ومعهد هوارد هيوز الطبي، ومركز جنوب شرق الرياضيات والأحياء، ومؤسسة سايمونز.

المصدر: معهد جورجيا للتكنولوجيا

المصدر: المصدر