أرجونوت

الموسوعة الحرة

تلعب عائلة بروتينات أرجونوت ، التي اكتُشفت لأول مرة لوظيفتها المحفوظة تطوريًا في الخلايا الجذعية، [ 1 ] دورًا محوريًا في عمليات إسكات الحمض النووي الريبوزي (RNA) باعتبارها مكونات أساسية لمركب إسكات الحمض النووي الريبوزي المُستحث (RISC). يُعدّ RISC مسؤولًا عن ظاهرة إسكات الجينات المعروفة باسم تداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi) . [ 2 ] ترتبط بروتينات أرجونوت بأنواع مختلفة من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة غير المشفرة ، بما في ذلك الحمض النووي الريبوزي الميكروي (miRNAs)، والحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNAs)، والحمض النووي الريبوزي المتفاعل مع بروتين بيوي (piRNAs). توجه جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة بروتينات أرجونوت إلى أهدافها المحددة من خلال تكامل التسلسل (تزاوج القواعد)، مما يؤدي بدوره إلى انقسام الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، وتثبيط الترجمة ، و/أو بدء تحلل الحمض النووي الريبوزي الرسول. [ 3 ]

اسم عائلة البروتينات هذه مشتق من نمط ظاهري طافر ناتج عن طفرة في جين AGO1 في نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) ، والذي شبهه بومرت وآخرون بمظهر الأخطبوط البحري Argonauta argo . [ 4 ]

على اليسار: بروتين أرجونوت كامل الطول من نوع العتائق Pyrococcus furiosus . PDB 1U04 . على اليمين: نطاق PIWI لبروتين أرجونوت مرتبط بـ RNA مزدوج السلسلة PDB 1YTU . تم تسليط الضوء على تفاعل تكديس القواعد بين القاعدة 5′ على السلسلة الدليلية وبقايا التيروسين المحفوظة (باللون الأزرق الفاتح)؛ ويظهر الكاتيون ثنائي التكافؤ المثبت ( المغنيسيوم ) على شكل كرة رمادية.
توصيل الحمض النووي الريبي القصير المصمم باستخدام الفيروسات البطيئة وآلية تداخل الحمض النووي الريبي في خلايا الثدييات.

تداخل الحمض النووي الريبوزي

التداخل الرناوي (RNAi) عملية بيولوجية تُثبّط فيها جزيئات الرنا التعبير الجيني ، إما عن طريق تدمير جزيئات الرنا الرسول (mRNA) المحددة أو كبح عملية الترجمة. [ 5 ] يلعب التداخل الرناوي دورًا هامًا في حماية الخلايا من تسلسلات النيوكليوتيدات الطفيلية . في حقيقيات النوى، بما في ذلك الحيوانات، يبدأ التداخل الرناوي بواسطة إنزيم دايسر . يقوم دايسر بتقطيع جزيئات الرنا المزدوجة الطويلة (dsRNA، والتي غالبًا ما توجد في الفيروسات والرنا المتداخل الصغير ) إلى أجزاء مزدوجة قصيرة تتكون من حوالي 20 نيوكليوتيدًا من الرنا المتداخل الصغير (siRNA). ثم يُفصل الرنا المزدوج إلى جزيئين من الرنا أحادي السلسلة (ssRNA) - السلسلة المرافقة والسلسلة الموجهة. بعد ذلك، تتحلل السلسلة المرافقة، بينما تُدمج السلسلة الموجهة في مُركّب إسكات الرنا المُستحث (RISC). إن أكثر نتائج التداخل الرناوي دراسة هي إسكات الجينات بعد النسخ، والذي يحدث عندما يقترن الشريط الدليلي بتسلسل مكمل في جزيء الرنا الرسول ويحفز الانقسام بواسطة بروتين أرجونوت، الذي يقع في قلب مركب إسكات الرنا المحفز. [ 6 ]

تُعدّ بروتينات الأرجونوت الجزء النشط من مُركّب إسكات الجينات المُحفّز بواسطة الحمض النووي الريبوزي (RNA)، حيث تقوم بقطع سلسلة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المُستهدفة المُكمّلة لجزيء الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) المرتبط بها. [ 7 ] نظريًا، يُنتج إنزيم دايسر شظايا قصيرة مزدوجة السلاسل، لذا يُفترض أن يتم إنتاج جزيئين وظيفيين من الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير (siRNA) أحاديي السلسلة. ولكن يُستخدم جزيء واحد فقط من هذين الجزيئين أحاديي السلسلة للارتباط القاعدي مع الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) المُستهدف . يُعرف هذا الجزيء باسم السلسلة الدليلة، والتي تُدمج في بروتين الأرجونوت وتُؤدي إلى إسكات الجينات. أما جزيء الحمض النووي الريبوزي أحادي السلسلة الآخر، والذي يُسمى السلسلة المرافقة، فيتحلل أثناء عملية مُركّب إسكات الجينات المُحفّز بواسطة الحمض النووي الريبوزي (RNA). [ 8 ]

بمجرد ارتباط بروتين أرجونوت بالحمض النووي الريبوزي الصغير، يقوم النشاط الإنزيمي الذي يمنحه نطاق PIWI بقطع السلسلة المرافقة فقط من الحمض النووي الريبوزي المتداخل الصغير. ويتم توجيه فصل سلسلة الحمض النووي الريبوزي ودمجها في بروتين أرجونوت بواسطة قوة تفاعل الرابطة الهيدروجينية عند الطرف 5′ لثنائي الحمض النووي الريبوزي، والمعروفة بقاعدة عدم التناظر. كما تحدد درجة التكامل بين سلسلتي ثنائي الحمض النووي الريبوزي الوسيط كيفية فرز الحمض النووي الريبوزي الميكروي إلى أنواع مختلفة من بروتينات أرجونوت.

في الحيوانات، يرتبط بروتين أرجونوت المرتبط بالـ miRNA بالمنطقة غير المترجمة 3′ من mRNA، ويمنع إنتاج البروتينات بطرقٍ متعددة. يمكن أن يؤدي استقطاب بروتينات أرجونوت إلى mRNA المستهدف إلى تحفيز تحلله. كما يمكن أن يؤثر معقد أرجونوت-miRNA على تكوين الريبوسومات الوظيفية عند الطرف 5′ من mRNA. يتنافس هذا المعقد مع عوامل بدء الترجمة و/أو يعيق تجميع الريبوسومات . بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمعقد أرجونوت-miRNA تنظيم إنتاج البروتين عن طريق استقطاب عوامل خلوية مثل الببتيدات أو إنزيمات التعديل ما بعد الترجمة، التي تعمل على تحلل عديدات الببتيد المتنامية. [ 9 ]

في النباتات، بمجرد أن يتم توليد جزيئات الحمض النووي الريبي المزدوجة (ds) من جديد مع الحمض النووي الريبي الرسول المستهدف، يقوم إنزيم غير معروف يشبه RNase-III بإنتاج جزيئات siRNA جديدة، والتي يتم تحميلها بعد ذلك على بروتينات Argonaute التي تحتوي على نطاقات PIWI، والتي تفتقر إلى بقايا الأحماض الأمينية المحفزة ، مما قد يؤدي إلى مستوى آخر من إسكات الجينات المحدد.

المجالات الوظيفية والآلية

تشفر عائلة جينات Argonaute (AGO) ستة نطاقات مميزة: النطاق الطرفي N (N)، والرابط 1 (L1)، وPAZ، والرابط 2 (L2)، وMid، ونطاق PIWI الطرفي C. [ 9 ]

سُمّي نطاق PAZ نسبةً إلى بروتين Piwi في ذبابة الفاكهة، وبروتين Argonaute-1 في نبات الرشاد، وبروتين Zwille (المعروف أيضًا باسم pinhead، والذي أُعيد تسميته لاحقًا إلى argonaute-10) في نبات الرشاد، حيث تم التعرف على هذا النطاق لأول مرة على أنه محفوظ. يُعد نطاق PAZ وحدة ربط الحمض النووي الريبي (RNA) التي تتعرف على النهايات أحادية السلسلة 3′ لجزيئات siRNA و miRNA و piRNA ، بطريقة مستقلة عن التسلسل.

سُمّي بروتين PIWI نسبةً إلى بروتين Piwi في ذبابة الفاكهة. يشبه نطاق PIWI في بنيته إنزيم RNaseH، وهو ضروري لقطع البروتين المستهدف. يحتوي الموقع النشط، الذي يتألف من ثلاثي الأسبارتات-الأسبارتات-الغلوتامات، على أيون فلزي ثنائي التكافؤ، وهو ضروري للتحفيز. تفتقر أفراد عائلة AGO التي فقدت هذه السمة المحفوظة خلال التطور إلى نشاط القطع. في بروتين AGO البشري، يتوسط نمط PIWI أيضًا التفاعل بين البروتينات عند صندوق PIWI، حيث يرتبط بإنزيم Dicer عند نطاق RNase III. [ 10 ]

يقع الفوسفات 5′ لجزيء siRNA أو miRNA أو piRNA عند نقطة التقاء نطاقي PIWI وMid، وهو عنصر أساسي في وظيفته. ويحتوي نطاق Mid على وحدة MC، وهي بنية متماثلة يُقترح أنها تحاكي وحدة ربط القبعة الموجودة في eIF4E. وقد تبين لاحقًا أن وحدة MC لا تشارك في ربط قبعة mRNA [ 9 ].

أفراد العائلة

AGO2 (الرمادي) في مركب مع microRNA (الأزرق الفاتح) و mRNA المستهدف (الأزرق الداكن)

يوجد لدى البشر ثمانية أعضاء من عائلة AGO، بعضها يخضع لدراسات مكثفة. ومع ذلك، فعلى الرغم من قدرة AGO1-4 على تحميل miRNA، فإن نشاط الإندونوكلياز، وبالتالي إسكات الجينات المعتمد على RNAi، يقتصر على AGO2. وبالنظر إلى الحفاظ على تسلسل نطاقي PAZ وPIWI عبر العائلة، يُفترض أن تفرد AGO2 ينشأ إما من الطرف الأميني أو من منطقة التباعد التي تربط بين نمطي PAZ وPIWI. [ 10 ]

تُعدّ العديد من أفراد عائلة AGO في النباتات محطّ اهتمامٍ للدراسة. يشارك AGO1 في تحلل الحمض النووي الريبوزي (RNA) المرتبط بالـ miRNA، ويلعب دورًا محوريًا في تكوين الشكل. في بعض الكائنات الحية، يُعدّ ضروريًا لكبت التعبير الجيني اللاجيني. ويتم تنظيمه بواسطة الـ miRNA نفسه. لا يشارك AGO4 في تحلل الحمض النووي الريبوزي (RNA) الموجّه بواسطة التداخل الريبوزي (RNAi)، ولكنه يشارك في مثيلة الحمض النووي (DNA) وغيرها من التنظيمات اللاجينية، من خلال مسار الحمض النووي الريبوزي الصغير (smRNA). يشارك AGO10 في نمو النبات. أما AGO7، فله وظيفة مختلفة عن AGO1 وAGO10، ولا يُوجد في كبت التعبير الجيني المُحفّز بواسطة الجينات المُعدّلة وراثيًا. بدلًا من ذلك، يرتبط بتوقيت النمو في النباتات. [ 11 ]

الأمراض والأدوات العلاجية

أُفيد بأن بروتينات الأرجونوت مرتبطة بالسرطانات. [ 12 ] [ 13 ] بالنسبة للأمراض التي تتضمن تعبيرًا انتقائيًا أو مرتفعًا لجينات محددة، مثل سرطان البنكرياس، فإن الخصوصية العالية لتسلسل الحمض النووي الريبوزي المتداخل (RNAi) قد تجعله علاجًا مناسبًا، لا سيما لمكافحة السرطانات المرتبطة بتسلسلات الجينات الداخلية المتحولة . وقد أُفيد بأن العديد من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الصغيرة غير المشفرة (microRNAs) مرتبطة بالسرطانات البشرية، مثل miR-15a وmiR-16a، والتي غالبًا ما تُحذف أو تُخفض مستوياتها لدى المرضى. على الرغم من أن الوظائف البيولوجية لـ miRNAs غير مفهومة تمامًا، فقد تم الكشف عن أدوارها في تنسيق تكاثر الخلايا وموتها أثناء النمو والتمثيل الغذائي. يُعتقد أن miRNAs يمكنها توجيه تنظيم سلبي أو إيجابي على مستويات مختلفة، وهو ما يعتمد على نوع miRNAs وتفاعل أزواج القواعد المستهدفة والعوامل المساعدة التي تتعرف عليها. [ 14 ]

نظرًا لأن العديد من الفيروسات معروفة على نطاق واسع بأنها تحتوي على الحمض النووي الريبوزي (RNA) بدلاً من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) كمادة وراثية، وأنها تمر بمرحلة واحدة على الأقل في دورة حياتها تُنتج خلالها الحمض النووي الريبوزي المزدوج، فقد اعتُبرت ظاهرة التداخل الريبوزي (RNAi) آلية قديمة تطوريًا لحماية الكائنات الحية من الفيروسات. تُسبب جزيئات الحمض النووي الريبوزي المتداخلة الصغيرة التي يُنتجها إنزيم دايسر إسكاتًا جينيًا بعد النسخ، وذلك عن طريق توجيه إنزيم نوكلياز داخلي، وهو مُركب إسكات الحمض النووي الريبوزي المُحفز (RISC)، إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). وقد لوحظت هذه العملية في مجموعة واسعة من الكائنات الحية، مثل فطر نيوروسبورا (حيث تُعرف باسم التثبيط)، والنباتات (إسكات الجينات بعد النسخ)، وخلايا الثدييات (RNAi). في حال وجود تكامل كامل أو شبه كامل في التسلسل بين الحمض النووي الريبوزي الصغير والهدف، فإن بروتين أرجونوت، وهو أحد مكونات مُركب إسكات الحمض النووي الريبوزي المُحفز (RISC)، يُحفز انقسام النسخة المستهدفة، وتتضمن الآلية بشكل أساسي تثبيط الترجمة .

التطبيقات البيوتكنولوجية لبروتينات أرجونوت بدائية النواة

في عام 2016، أفاد فريق من جامعة خبي للعلوم والتكنولوجيا عن تعديل الجينوم باستخدام بروتين أرجونوت بدائي النواة من بكتيريا ناترونوباكتيريوم جريجوري . ومع ذلك، فقد أُثيرت تساؤلات حول الأدلة التي تدعم استخدام بروتينات أرجونوت كإنزيمات نووية موجهة بالحمض النووي لتعديل الجينوم، ما أدى إلى سحب الادعاء من المجلة العلمية الرائدة. [ 15 ] وفي عام 2017، أفاد فريق من جامعة إلينوي عن استخدام بروتين أرجونوت بدائي النواة مستخلص من بكتيريا بيروكوكوس فيوريوسوس (PfAgo) مع الحمض النووي الموجه لتعديل الحمض النووي في المختبر كإنزيمات تقييد اصطناعية . [ 16 ] كما استُخدمت إنزيمات التقييد الاصطناعية القائمة على PfAgo لتخزين البيانات على تسلسلات الحمض النووي الأصلية عبر القطع الإنزيمي. [ 17 ]

مراجع

  1. ↑ كوكس دي إن، تشاو إيه، بيكر جيه، تشانغ إل، تشياو دي، لين إتش (ديسمبر 1998). " فئة جديدة من الجينات المحفوظة تطوريًا والمحددة بواسطة بروتين بيوي ضرورية لتجديد الخلايا الجذعية ذاتيًا" . الجينات والتطور . 12 (23): 3715-3727 . doi : 10.1101/gad.12.23.3715 . PMC 317255. PMID 9851978 .  
  2. ^ ماورو م، بيريتا م، باليرمو جي، كافاليري الخامس، لا روكا جي (يونيو 2022). "تعدد مجمعات الأرجونوت في خلايا الثدييات" . ياء فارماكول إكسب هناك . 384 (1): 1– 9. دوى : 10.1124/jpet.122.001158 . بمك 9827513 . بميد 35667689 .  
  3. ↑ جوناس إس، إيزورالدي إي (يوليو 2015). "نحو فهم جزيئي لتثبيط الجينات بوساطة الحمض النووي الريبوزي الميكروي". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 16 (7): 421-433 . doi : 10.1038/nrg3965 . PMID 26077373. S2CID 24892348 .  
  4. ^ بوهمرت ك، كامو الأول، بيليني سي، بوشيز د، كابوش م، بينينج سي (يناير 1998). "يحدد AGO1 موضعًا جديدًا لنبات الأرابيدوبسيس الذي يتحكم في تطور الأوراق" . مجلة إمبو . 17 (1): 170– 180. دوى : 10.1093/emboj/17.1.170 . بمك 1170368 . بميد 9427751 .  
  5. ↑ غو هـ، إنغوليا ن ت، وايس مان ج س، بارتل د ب (أغسطس 2010). "تعمل الميكرو آر إن إيه في الثدييات بشكل أساسي على خفض مستويات الحمض النووي الريبوزي الرسول المستهدف" . نيتشر . 466 ( 7308): 835-840 . Bibcode : 2010Natur.466..835G . doi : 10.1038/nature09267 . PMC 2990499. PMID 20703300 .  
  6. ↑ كيرياكيديس، إي.، بيلاجياديس، إي.، كاتزيلاكيس، ن.، ستراتيجاكي، م.، كيكليكوغلو، إي.، تراجيانيديس، أ.، ستياكاكي، إي. (سبتمبر 2024). "تعدد الأشكال الجينية DICER1 rs3742330 وAGO1 rs636832 وابيضاض الدم الليمفاوي الحاد لدى الأطفال والمراهقين اليونانيين: دراسة حالة-مراقبة". تقارير الجينات . 37 (ديسمبر 2024) 102043. doi : 10.1016/j.genrep.2024.102043 .
  7. ↑ كوبرشميدت ك (أغسطس 2013). "جرعة قاتلة من الحمض النووي الريبي" . مجلة ساينس . 341 (6147): 732-733 . Bibcode : 2013Sci...341..732K . doi : 10.1126/science.341.6147.732 . PMID 23950525 . 
  8. ↑ غريغوري، ر. إ.، تشيندريمادا، ت. ب.، كوتش، ن.، شيخاتار، ر. (نوفمبر 2005). "يربط مُركّب RISC البشري بين تكوين الحمض النووي الريبوزي الميكروي وإسكات الجينات بعد النسخ" . مجلة Cell . 123 (4): 631-640 . doi : 10.1016/j.cell.2005.10.022 . PMID 16271387 . 
  9. 1 2 3 هوتفاجنر جي، سيمارد إم جيه (يناير 2008). "بروتينات الأرجونوت: عناصر أساسية في إسكات الحمض النووي الريبوزي". مراجعات الطبيعة. بيولوجيا الخلية الجزيئية . 9 (1): 22-32 . doi : 10.1038/nrm2321 . hdl : 10453/15429 . PMID 18073770. S2CID 8822503 .  
  10. 1 2 مايستر جي، لاندثالر إم، باتكانيوسكا إيه، دورسيت واي، تنغ جي، توشل تي (يوليو 2004). "يتوسط الإنسان Argonaute2 انقسام الحمض النووي الريبي (RNA) المستهدف بواسطة miRNAs و siRNAs" . الخلية الجزيئية . 15 (2): 185-197 . دوى : 10.1016/j.molcel.2004.07.007 . بميد 15260970 . 
  11. ↑ مينز ف، سي-عمور أ، بليفنز ت (2005). "أنظمة إسكات الحمض النووي الريبوزي وأهميتها في نمو النبات". المراجعة السنوية لبيولوجيا الخلية والتطور . 21 (1): 297-318 . doi : 10.1146/annurev.cellbio.21.122303.114706 . PMID 16212497 . 
  12. ↑ كياو د، زيمان أ.م، دينغ و، لويينغا ل.هـ، لين هـ (يونيو 2002). "التوصيف الجزيئي لجين hiwi، وهو عضو بشري من عائلة جينات piwi، ويرتبط فرط التعبير عنه بأورام الخلايا المنوية". Oncogene . 21 ( 25): 3988–3999 . doi : 10.1038/sj.onc.1205505 . PMID 12037681. S2CID 6078065 .  
  13. ↑ روس آر جيه، وينر إم إم، لين إتش (يناير 2014). "بروتينات PIWI وRNA المتفاعلة مع PIWI في جسم الخلية" . نيتشر . 505 ( 7483): 353-359 . Bibcode : 2014Natur.505..353R . doi : 10.1038/nature12987 . PMC 4265809. PMID 24429634 .  
  14. ↑ هانون، جي جي (يوليو 2002). "تداخل الحمض النووي الريبوزي" . مجلة نيتشر . 418 (6894): 244-251 . رمز Bibcode : 2002Natur.418..244H . doi : 10.1038/418244a . PMID 12110901 . 
  15. ↑ سيرانوسكي د (2017). "المؤلفون يتراجعون عن دراسة مثيرة للجدل حول تعديل جين NgAgo". مجلة نيتشر . doi : 10.1038/nature.2017.22412 .
  16. ↑ إنجياد ب، تشاو هـ (مايو 2017). "إنزيمات تقييد اصطناعية موجهة بالحمض النووي قابلة للبرمجة". مجلة ACS للبيولوجيا التركيبية . 6 (5): 752-757 . doi : 10.1021/acssynbio.6b00324 . PMID 28165224. S2CID 3833124 .  
  17. ↑ طباطبائي إس كيه، وانغ بي، أثريا إن بي، إنجياد بي، هيرنانديز إيه جي، فيلدز سي جيه، وآخرون . (أبريل 2020). "بطاقات مثقبة للحمض النووي لتخزين البيانات على تسلسلات الحمض النووي الأصلية عبر القطع الأنزيمي" . نيتشر كوميونيكيشنز . 11 (1) 1742. Bibcode : 2020NatCo..11.1742T . doi : 10.1038/s41467-020-15588- z . PMC 7142088. PMID 32269230 .   
  • قاعدة بيانات starBase : قاعدة بيانات لاستكشاف خرائط تفاعل microRNA-mRNA من بيانات Argonaute CLIP-Seq ( HITS-CLIP ، PAR-CLIP ) و Degradome-Seq.