فرضية الكمين

الموسوعة الحرة

فرضية الكمين هي فرضية في مجال علم الوراثة الجزيئية ، تشير إلى أن انتشار كودونات التوقف "المخفية" أو خارج الإطار في الحمض النووي (DNA) يمنع بشكل انتقائي ترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) خارج الإطار، وذلك لتوفير الطاقة والموارد الجزيئية، وتقليل الضغط على آليات التخليق الحيوي عن طريق تقليص إنتاج البروتينات غير الوظيفية والتي قد تكون سامة للخلايا. [ 1 ] تفتقر تسلسلات الترميز النموذجية للحمض النووي (DNA) إلى كودونات توقف داخلية ضمن الإطار لتجنب الاختزال المبكر للبروتينات عند سير عملية الترجمة بشكل طبيعي. [ 2 ] تقترح فرضية الكمين أن الآليات الحركية، التي تعمل في نفس الموقع (cis) ، مسؤولة عن تغيير إطار الترجمة بشكل فعال، بحيث يمكن استخدام تعدد أشكال الشفرة الوراثية لمنع الترجمة الضارة. يُعد انزلاق الريبوسوم الآلية الأكثر وصفًا لتغيير إطار الترجمة، حيث يتحرك الريبوسوم موضع كودون واحد إما للأمام (+1) أو للخلف (-1) لترجمة تسلسل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في إطار قراءة مختلف، وبالتالي إنتاج بروتينات مختلفة. [ 3 ]

فيما يتعلق باستخدام الكودونات، تفترض فرضية الكمين وجود علاقة طردية بين استخدام الكودون ومقدار مساهمته في كودونات التوقف الخفية. وتشير التحليلات التطورية للجينومات النووية والميتوكوندرية لجميع الممالك التصنيفية الرئيسية إلى وجود كودونات توقف خارج الإطار في كل مكان، وعلاقة طردية بين معدل استخدام الكودون وعدد الطرق التي يمكن أن يساهم بها في كودونات التوقف الخفية في أطر القراءة المختلفة. [ 4 ]

يُظهر مخطط التشتت وجود ارتباط خطي إيجابي بين المساهمة المحتملة في التوقفات الخفية ومتوسط ​​نسبة استخدام الكودونات
يوضح الشكل 1 (سيليغمان وبولوك 2004) العلاقة بين تكرار استخدام الكودون والمساهمة المحتملة في كودونات التوقف خارج الإطار.

استُخدمت تقنيات التوافيق في مختلف الشفرات الوراثية لتحديد كيفية مساهمة كل كودون ضمن الإطار في تكوين كودونات التوقف في سياقات خارج الإطار. تحتوي الشفرة الوراثية القياسية على 20 كودونًا فقط لا يمكن أن تصبح كودونات توقف في بيئة ريبوسومية ذات إطار مُزاح (-1 إزاحة إطار: 42، +1 إزاحة إطار: 28)، و127 من أصل 400 (31.75%) من التراكيب الممكنة للأحماض الأمينية المتجاورة في شفرة الميتوكوندريا للفقاريات تُنتج كودون توقف خارج الإطار. [ 1 ] يشير هذا إلى أن الاستبدالات واستخدام الكودونات المترادفة ليسا محايدين، وأن الضغوط الانتقائية ربما أعادت ضبط تخصيصات الكودونات لزيادة ترددات تلك التي يمكن استخدامها ككودونات توقف خفية.

تشير الملاحظات التي تُظهر وجود ارتباط إيجابي بين عدد كودونات التوقف خارج الإطار ومستوى التعبير الجيني إلى دعم فرضية الكمين، وذلك من خلال زيادة تنظيم الترجمة (تكرار كودونات التوقف الخفية) لتثبيط قراءة الجينات خارج الإطار في الجينات ذات التعبير العالي. [ 5 ] [ 6 ] ويُشير هذا الارتباط الإيجابي إلى أن ترجمة الجينات الأكبر حجمًا ذات مستويات التعبير الأعلى خارج الإطار تُكلّف الخلية طاقةً وموارد وكفاءةً أكبر في المسار مقارنةً بترجمة الجينات الأصغر حجمًا والأقل شيوعًا في إطار قراءة مُزاح. [ 1 ] ويرتبط تكرار كودونات التوقف خارج الإطار عكسيًا بفترة الحمل لدى الرئيسيات، وعلى الرغم من وجود العديد من العوامل التي تربط كفاءة الترجمة الجزيئية بمعدل التشكّل ، فإن هذه النتائج تُشير إلى أن الكائنات الحية بأكملها، وليس الخلايا الفردية فحسب، قد تستفيد من تطور كودونات التوقف الخفية لإيقاف تخليق الجينات خارج الإطار بشكل فعّال. [ 1 ]

تُشكك الملاحظات الحديثة في فرضية الكمين، إذ تُشير إلى وجود ارتباط مباشر بين كودونات التوقف خارج الإطار ومحتوى GC في الجينوم، نظرًا لفقر كودونات التوقف بمحتوى GC. [ 7 ] ويُجادل مورغنز وآخرون (2013) بأن الأبحاث السابقة المتعلقة بفرضية الكمين اعتمدت على بيانات استخدام الكودونات، وهي بيانات تُمثل محتوى GC للكائن الحي، وبالتالي فهي غير مناسبة لتقييم التأثير الانتقائي لكودونات التوقف خارج الإطار. [ 7 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 سيليغمان، هيرفيه؛ بولوك، ديفيد د. (2004). "فرضية الكمين: كودونات التوقف المخفية تمنع قراءة الجينات خارج الإطار" . بيولوجيا الحمض النووي والخلوية . 23 (10): 701-705 . doi : 10.1089/dna.2004.23.701 . ISSN 1044-5498 . PMID 15585128 .  
  2. ↑ هارتل، دانيال ل. (2019). علم الوراثة : تحليل الجينات والمجينات . ص 1344. ISBN   978-1-284-12294-7. OCLC 1032715856 . 
  3. ↑ أتكينز، جون ف.؛ لوغران، غاري؛ بهات، برامود ر.؛ فيرث، أندرو إي.؛ بارانوف، بافيل ف. (2016). " انزياح الإطار الريبوسومي والانزلاق النسخي: من التشفير الجيني والتشفير إلى الاستخدام العرضي" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 44 (15): 7007-7078 . doi : 10.1093/nar/gkw530 . ISSN 0305-1048 . PMC 5009743. PMID 27436286 .   
  4. ↑ سينغ، تيراثا راج؛ بارداساني، كمال راج (2009). "إعادة النظر في فرضية الكمين: أدلة على الاتجاهات التطورية" . علم الأحياء الحاسوبي والكيمياء . 33 (3): 239-244 . doi : 10.1016/j.compbiolchem.2009.04.002 . ISSN 1476-9271 . PMID 19473880 .  
  5. ↑ غيسن، ديرك؛ إيزيرنتانت، ديرك؛ ديروم، كاثرين؛ فيرز، والتر (1982). "التغيير المنهجي لتسلسل النيوكليوتيدات الذي يسبق كودون بدء الترجمة وتأثيراته على التعبير البكتيري لجين مستضد SV40 الصغير المستنسخ" . جين . 17 (1): 55-63 . doi : 10.1016/0378-1119(82)90100-7 . PMID 6281136 . 
  6. ^ أوزبوداك، أرطغرل م. ثاتاي، موكوند؛ كيرتسر، إيرين؛ غروسمان، آلان د. فان أوديناردن ، ألكسندر (2002). "تنظيم الضوضاء في التعبير عن جين واحد" . علم الوراثة الطبيعة . 31 (1): 69– 73. بيب كود : 2002NaGen..31...69O . دوى : 10.1038/ng869 . ردمك 1061-4036 . بميد 11967532 . S2CID 205357854 .   
  7. مورغنز ، ديفيد دبليو ؛ تشانغ، شارلوت إتش؛ كافالكانتي، أندريه آر أو (2013). "مواجهة فرضية الكمين: التنبؤ بترددات الكودونات خارج الإطار وتقييمها في جينومات بدائيات النوى" . بي إم سي جينوميكس . 14 (1): 3-7 . doi : 10.1186/1471-2164-14-418 . ISSN 1471-2164 . PMC 3700767. PMID 23799949 .