Se creía que en la regulación de los genes de los organismos complejos sólo intervenían proteínas. Sin embargo, un sistema regulador hasta ahora desconocido, basado en el ARN, podría encerrar las claves del desarrollo y la evolución
John S. Mattíck, 2004
John S. Mattíck, 2004
.
se puede leer todo el artículo, aquí
اعتُبِرَ بأنّ تنظيم الجينات في الكائنات المعقدة يتم عبر تدخل البروتينات فقط. مع هذا، يمكن أن يحتوي نظام ترتيب مجهول، حتى الآن، مؤسّس على الحمض النووي الريبوزي ،RNA على مفاتيح النموّ والتطور.
جون ماتيك، 2004
انتهت الفترة التي اعتبرنا فيها مفهوم "جين، بروتين" حالة تبسيطية لفهم علم الجينات / علم الوراثة الى حد كبير. كذلك، لم نتجاوز، بشكل ملموس، الفكرة القائلة بأن الجين قد فكّ الشيفرة (التعبير الجيني) لميزة محددة، يمكننا تخيّل قطعة محددة من الحمض النووي الريبي منقوص الأوكسجين DNA لتفسير أيّ نقل وراثيّ لملامح متنوعة تقريباً. هذا إلى جانب الطفرات المعروفة، قد افترض حضور قاعدة عملية أساسيّة لفهم مصدر التنوّع الوراثيّ عند كل الكائنات الحيّة.
لم تسمح إعادة اكتشاف قوانين مندل باوائل القرن العشرين، والنظرية الصبغية اللاحقة للوراثة، إضافة للإكتشاف التالي للبنية الجزيئية للحمض DNA بأواسط القرن العشرين، بتحديد ووضع تعريف نظري لمفهوم الجين (المُورِّثة) فقط، بل أيضاً بتحديده مادياً وبنيوياً.
رغم عدم القدرة على خلط كل هذا مع أوائل حبّات البازلاء الصفراء والخضراء (المقصود بدراسات مندل الأولية البسيطة). فقد وُجِدَتْ ملامح (أو جوانب أو ظواهر) لا يمكن فهمها وفق علم الوراثة المبسّط ذاك.
فقد وُرِّثَت صفات، قد ظهرت بصيغة مختلفة عند الذكور والإناث، وتُعلمْنا المفاهيم المرتبطة بالوراثة المرتبطة بالجنس. لم تتبع صفات أخرى لتوزّع مضبوط وفق النظرية، وقمنا بتقييم "وراثة لا مندلية" لمجموعة غير متجانسة من الصفات، التي قد ضبطتها جينات مختلفة بالوقت ذاته. كذلك، اكتشفنا وجود جينات خارج الصبغيات، أو بالأحرى وُجِدَت صبغيات أخرى إضافة للأحماض النووية، وقد تحوّل حمض نووي مُتَقَدِّرِيّ أو دنا ميتوكوندريا mitochondrial DNA إلى عامل آخر مساهم بالتنوع عبر قوانين وراثة مختلفة.
تبعات مفهوم الجين بالنسبة للنظرية التطورية هائلة، فسمحت بفهم أنّ طفرة صغيرة قد أمكنها إحداث التغيير وتوليد بروتين شاذّ، يؤسس لظهور تنوُّع، أمكنه الخضوع لإنتقاء بيئي بصيغة بطيئة ومتدرجة. لا يجب نسيان أنّ القواعد البيولوجية لهذا التنوع، إضافة لآليتها بالتوريث، قد افترضت وجود ثغرة كبرى بنظرية داروين الأصلية.
في الواقع، تبنّى داروين الطرح الأبيقوريّ القديم لتخطي تلك العقبة.
مع هذا، فالإكتشافات المحيّرة خلال السنوات الأخيرة، وعلى وجه الخصوص، ما حصلنا عليه من عملية تسلسل (سلسلة) الجينومات الكاملة لكائنات عديدة – من بينها البشر – لم تساهم باستبعاد تلك الفكرة المريحة المتمحورة حول التوافق الأحادي بين جين محدد وبروتين محدد فقط، بل جعلتنا نعمل على إعادة النظر بقواعد التنوع الجيني الوراثي ذاتها اليوم.
الإنترونات والتنوّع البروتينيّ
الإنترون قطعة من ،DNA لا يعمل على قوننة البروتينات ويندمج ضمن الجين المُقَونِن. يتوجب إلغاء الإنترون منحمض نووي ريبوزي رسول لكي يتمكن من تحقيق التعبير إلى بروتين.
على الرغم من معرفة المفهوم منذ سبعينيات القرن الماضي، فقد جرى التفكير لفترة طويلة بأنها قطع غير وظيفية، بحيث تمّ اطلاق اسم "إكسونات" على مقاطع DNA المقوننة و "إنترونات" على القطع غير المقوننة، والتي من المفترض انها دون وظيفة.
بهذا الشكل، سيتكوّن الجين من سلسلة من الإكسونات، التي يدخل بينها واحد أو عدد من الإنترونات الغير مقوننة، وستتشكّل البروتينات إعتباراً من تجميع الاكسونات. إضافة لأنّه ومنذ اكتشافه، افتُرِضَ تمثيل الإنترونات لنقاط نزوع نحو إعادة التركيب، الأمر الذي سيسمح بازدياد تنوّع الجينات الصالحة. اعتُبِرَ وجود إمكانيّة توافق بين الإكسونات والوحدات الفرعية البنيوية والوظيفيّة للبروتينات، التي أمكنها التبادل وفق تركيب تلك الإكسونات.
نعرف اليوم بأنه يتكوّن ما يقرب من 30% من الحمض DNA لدى حقيقيات النوى من إنترونات، بينما تفتقر بدائيات النوى لحضورها.
يضع هذا النموذج الجديد بنية نموذجية لجينات حقيقيات النوى، بحيث يختلف عن التصور القديم حول الجينات باعتبارها سلاسل خطيّة متصلة من النكليوتيدات، في الوقت ذاته، جرى إقرار إمكانيّة إنتاج جين وحيد لبروتينات مختلفة، وفق كيفية إعادة تركيب إكسوناته.
السَلْسَلَة الكاملة لجين منسوخ للحمض النووي الريبوزي الرسول RNAm بصورة نسخ ابتدائيّ، ليست وظيفيّة بشكل مباشر، حيث يجب أن يخضع، بداية، لعملية قطع ووصل تسمى التوصيل لأجل إلغاء الانترونات.
جانب هام جداً، ويُعتبر ثوريّ نسبة لتصوراتنا التقليدية عن النسخ، هو بأنّه خلال عملية التوصيل، يمكن أن تنتج بدائل تركيب مختلفة للإكسونات، ما يعني إمكان الحصول على بروتينات مختلفة اعتباراً من الحمض النووي الريبوزي الرسول ذاته. بهذا الشكل، تزداد كميّة وتنوّع البروتينات المحتملة بشكل ملحوظ دون الحاجة إلى عدد الجينات، بالواقع، عند الكائن البشريّ ما يقرب من 50% من المنسوخات الإبتدائيّة هي عُرضة لعملية توصيل بديلة.
دفعتنا هذه الإكتشافات إلى التخلي عن مفهوم "جين، بروتين" بصورة نهائيّة.
ويوجد، بالضبط، في آليات ضبط العملية أحد أهم الإكتشافات بالسنوات الاخيرة، ويتمثل عبر تنظيم العملية ذاتها لا يتم حصرياً عبر البروتينات، بل يمكن للإنترونات ذاتها العمل كإنزيم الحمض النووي الريبوزي أو رايبوزيم ribozyme، حيث تنظم عملية التوصيل التي تستقبل بهذه الحالة اسم توصيل ذاتي.
المقاطع الجينيّة
الإنترونات ليست النوع الوحيد من DNAغير المقونن والمتدخلة في التنظيم الجيني. يقوم نوع آخر هام جدً من آلية الضبط عبر المقاطع الجينيّة.
نعلم منذ زمن طويل بأنّه سواء في بدائيات النوى كما في حقيقيات النوى، عند البدء بالسلسلة المقوننة لجين، يظهر قسم من DNA المسمى بالمُحفّز ويتمكن من تنشيط أو تثبيط نسخ الجين، وهي عملية من المعتاد التوسط بها لبروتينات نوعيّة مسماة عوامل نسخ.
مع ذلك، المقاطع الجينيّة هي بُنى مختلفة عن المحفزات وتتشكل من عنصرين، هما مقويات وعوامل نسخ. فالمقوّي عبارة عن مقطع غير مقونن (غير المُشّفر) من DNA والذي يتواجد بالقرب من الجين أو بعيد عنه – حتى لمسافة تبلغ آلاف النكليوتيدات – وفيه بضعة أماكن اتحاد محددة لعوامل النسخ، وهي نوع محدد من البروتينات.
عندما تتحد عوامل النسخ بالمقوّي، "ينشط" الجين ويُنتِج النسخ.
أمر هام في الواقع، هو امتلاك كثير من الجينات لأكثر من مقوّي واحد، وبالتالي، أكثر من "مقطع" واحد.
بهذا الشكل، يمكن لجين واحد التعبير بلحظات مختلفة وبأنسجة مختلفة وفق كل مقطع نشط بكل واحد منها. سيسمح هذا، على سبيل المثال، بأن يلعب جين واحد دوره بلحظات مختلفة وبأماكن نموّ الكائن، فيحقق عملية ضبط أو تحكّم مستقلّ لكل واحد من تلك الأماكن.
التنظيم الجيني والتطور
شكّلت بعض نتائج مشروع الجينوم البشريّ صدمة لبعض مناحي التفكير التقليدي في التطور، تمثلت أهمها:
بانّ كمّ الجينات الوظيفيّة المتوفرة قليلة. فلقد بلغ عددها بحقب معينة ما بين 150000 أو 250000 جين، بينما في الواقع، وللآن، تم التحقّق من أنّ عدد الجينات المقوننة (المشفرة أو العاملة في التعبير)، عند الكائن البشريّ، هو بين 15000 و20000 أي عُشر العدد المتداول سابقاً على الاقلّ!!
لا يقلُّ عنصر المفاجأة في عملية مقارنة جينومنا مع جينومات كائنات حيّة أخرى، فنحن لا نختلف كثيراً عن الفئران والذباب كما كنا نفكّر. هذا لا يعني عدم وجود فوارق، سواء في عدد الجينات كما في سلسلة الجينات، لكن، يمكن القول بأنّه سواء عدد الجينات كما بنيتها، قد احتفظت بحالتها لزمن كبير خلال التطور.
لكن، في حال عدم الإختلاف على مستوى الجينات البنيوية، ما هو مصدر تلك الفروقات التشريحية المُلاحظة عند حقيقيات النوى؟
يُشير كثير من الباحثين، وبدقة، لوجود ارتباط أكبر بين DNA الغير مقونن (غير مشفّر أو غير المُعبِّر) والأنواع المختلفة للمنظمات الجينية المتنوعة، وهو أقل حفظاً على الصعيد التطوريّ من الجينات المقوننة (المشفرة).
فهم إمكانية إنتاج التنوّع ومن أيّ نوع، عندما تؤثّر طفرة على مُنظّم، أكثر تعقيداً منه حول جينات مقوننة للبروتينات، عندما تتم ترجمة التبدُّل في تسلسل الحمض DNA بشكل مباشر الى تغيُّر في تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين من أجل قوننته.
يمكن للطفرات الصغيرة في الحمض DNA المُنظِّم إنتاج تأثيرات أكبر من التأثيرات الناتجة في التسلسل المُقونِن، إنطلاقاً من غياب أو حضور لوحدات بروتينية فرعيّة كاملة، فيما لو ينتج تغيُّر في إنترون مُنظِّم لعملية التوصيل في RNA وصولاً إلى تثبيط شامل للتعبير، فيما لو تجد الطفرة مكانا لها في أحد المقويّات أو الجينات المُقونِنة لعوامل النسخ.
بما أنه توجد منظمات لأنواع مختلفة من الأنسجة ولأوقات النموّ، يمكن لحدوث طفرة بأحدها إنتاج التغيُّر، وبالتالي، غياب أو حضور البروتينات بلحظة ما أو بمنطقة جسدية معطاة فقط، بينما يؤدي حدوث طفرة في جين بنيوي إلى حضور التغيُّر في كامل الجسم.
بالنهاية، نقدّم مثالاً مدروساً جيداً لفهم قوّة تلك الطفرات، من خلال تحليل فعل الجين Yellow لدى ذبابة الفاكهة الشهيرة . هذا الجين مسؤول عن تحقيق اللون الغامق عند تلك الذبابات الصغيرة، فيقدم مقويات مختلفة لأجزاء مختلفة من الجسم بينها الأجنحة والبطن، مع مجموعة عواملها في النسخ.
خلال فترة النمو، يُعبِّرُ الجين Yellow بكل أنحاء الجسم بصورة معتدلة، فيعطي لون رمادي بني. اللون في منطقة الصدر والقسم الاكبر من البطن أغمق بكثير بفضل وجود مقاطع نوعيّة ناشطة بتلك المناطق الجسدية. هكذا، نجد عند صيغة سلفية لذبابة الفاكهة أجنحة رمادية وبطن فيه مقاطع غامقة اللون.
اختفت في بعض الأنواع منطقة مسؤولة عن عوامل النسخ في مقوّي الجين Yellow للبطن. عند عدم تنشيط الجين بتلك المنطقة، يصبح لون منطقة البطن فاتح عند تلك الذبابات، بينما يظلّ الصدر محافظاً على لونه الغامق. عانت أنواع أخرى من تغيّر معاكس، فقد ظهر مكان تثبيت جديد لعوامل النسخ التركيبية في الأجنحة، حيث تظهر بُقع غامقة في الأجنحة ذاتها، وبشكل مستقل عن تلوين باقي الجسم، عند تلك الأنواع.
لدينا مثال مشابه عند الكائن البشري، في حالة البروتين دافي، والذي يلعب أدواراً وظيفية مختلفة في الدماغ، الطحال، الكلى وكريات الدم الحمراء.
ففي الكريات الحمراء، البروتين دافي جزء من مُستقبل غشائيّ، حيث يتم تثبيت الطفيليّ المتسبّب بمرض الملاريا واسمه المُتصوِّرة. لقد فقدت أغلبية سكّان أفريقيا الغربية البروتين دافي في الكريات الحمراء للدم، الأمر الذي جعلها مُقاوِمَة أكثر للملاريا، بينما يتابع الطفيلي حضوره بباقي الأعضاء. بهذه الحالة، نتج فقدان البروتين المُشار اليه عبر حدوث طفرة محددة تُعدِّل قاعده نيتروجينية وحيدة – بتحويل قاعدة الثايمين إلى سايتوسين - في مقوّي الجين دافي في خلايا الدم الحمراء، وهو ما يعني فقدان للفعالية.
سواء في الجين Yellow بذبابة الفاكهة أو الجين دافي البشريّ، تُنتِجُ طفرة الجين البنيوي أثر بكامل الجسم، مع هذا، تُنتِجُ الطفرة في المقوّي مؤثرات بأجزاء محددة من الجسم، بينما في باقي النشاط، يتابع كل شيء وضعه الطبيعي بشكل كليّ.
غير قابل للجدل القول بأنّ الطفرات في الحمض DNA المُنظِّم، قد لعبت دوراً هاماً جداً في التطور، كما أنه استطاع تفسير ظواهر بقيت عصيّة على الفهم، خلال زمن طويل وطويل، عبر تعديلات متدرجة بالجينات البنيوية.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق