طفرة خاطئة

قد تكون الطفرات البيئية ، مثل دخان التبغ أو الأشعة فوق البنفسجية، سببًا للطفرات غير المترادفة التلقائية. ^{[ 4 ] [ 3 ]} وقد ثبت تورط دخان التبغ في طفرات التحويل في جين K- ras ، حيث أظهر تحليل تلوي لسرطانات الرئة وجود 25 ورمًا تحتوي على طفرة من G إلى T تُسبب تغييرًا في الحمض الأميني من الجلايسين إلى السيستين، و11 ورمًا تحتوي على طفرة من G إلى T تُسبب تغييرًا في الحمض الأميني من الجلايسين إلى الفالين. ^{[ 4 ]} وبالمثل، أظهرت العديد من الدراسات أن الأشعة فوق البنفسجية تُحفز طفرات غير مترادفة في جين p53 ، ^{[ 3 ] [ 30 ]} والتي، عند عدم تنظيمها، تُقلل من قدرة الخلية على التعرف على تلف الحمض النووي والمشاركة في الاستماتة الخلوية ، مما يؤدي إلى تكاثر الخلايا واحتمالية الإصابة بسرطان الجلد. ^{[ 3 ]}

قد تؤدي أخطاء تضاعف الحمض النووي (DNA polymerase) أثناء انقسام الخلية إلى طفرات خاطئة تلقائية إذا لم تتمكن آلية التدقيق اللغوي للإنزيم من اكتشاف الخطأ الذي يرتكبه وإصلاحه. ^{[ 25 ]} ويُقدّر أن تحدث أخطاء تضاعف الحمض النووي التلقائية بمعدل 1/10⁹ ^من أزواج القواعد. ^{[ 25 ]}

على الرغم من ندرتها، إلا أن التماكب التوتوميري للقواعد يُسبب أيضًا طفرات خاطئة تلقائية. ^{[ 31 ]} يحدث التماكب التوتوميري عندما تُغير ذرات الهيدروجين على قواعد الحمض النووي مواقعها تلقائيًا، مما يؤثر على بنية القاعدة، ويسمح لها بالاقتران مع قاعدة غير صحيحة. ^{[ 32 ]} إذا تم نسخ هذا الشريط من الحمض النووي، فستكون القاعدة غير الصحيحة هي القالب لشريط جديد، مما يؤدي إلى طفرة، وربما تغيير الحمض الأميني، وبالتالي البروتين. ^{[ 5 ]} على سبيل المثال، استخدم وانغ وآخرون (2011) التصوير البلوري بالأشعة السينية لإثبات حدوث طفرة جديدة عندما لم تتعرف آليات إصلاح الحمض النووي على عدم تطابق قاعدة CA بسبب التماكب التوتوميري، مما سمح لبنيتي القواعد بأن تكونا متوافقتين. ^{[ 33 ]}

أحدثت تقنية التسلسل من الجيل التالي (NGS) ثورة في عالم التسلسل الجيني، إذ خفضت تكلفة التسلسل وزادت إنتاجيته. ^{[ 34 ]} وتتحقق هذه التقنية باستخدام التسلسل المتوازي عالي الإنتاجية لتسلسل الجينوم. يتضمن ذلك تضخيم أجزاء الحمض النووي (DNA) استنساخياً ، والتي يمكن فصلها مكانياً باستخدام منصات التسلسل من الجيل الثاني (SGS) أو الجيل الثالث (TGS). ^{[ 35 ]} توجد اختلافات بين هذه البروتوكولات، لكن الطرق العامة متشابهة. يُمكّن استخدام التسلسل المتوازي عالي الإنتاجية منصة NGS من إنتاج تسلسلات ضخمة جداً في عملية واحدة. ^{[ 36 ]} عادةً ما تُفصل أجزاء الحمض النووي حسب طولها باستخدام الرحلان الكهربائي الهلامي .

تتألف تقنية التسلسل من الجيل التالي (NGS) من أربع خطوات رئيسية: عزل الحمض النووي، وإثراء الهدف، والتسلسل، وتحليل البيانات. ^{[ 36 ]} تتضمن خطوة عزل الحمض النووي تكسير الحمض النووي الجينومي إلى أجزاء صغيرة متعددة. ^{[ 6 ]} هناك العديد من الآليات المختلفة التي يمكن استخدامها لتحقيق ذلك، مثل الطرق الميكانيكية والهضم الأنزيمي وغيرها. ^{[ 6 ]} تتضمن هذه الخطوة أيضًا إضافة محولات إلى طرفي أجزاء الحمض النووي، بحيث تكون هذه المحولات مكملة لنيوكليوتيدات خلية التدفق، وتتضمن مواقع ارتباط البادئات للحمض النووي المستهدف. ^{[ 36 ]} تعمل خطوة إثراء الهدف على تضخيم المنطقة المستهدفة. ويشمل ذلك إنشاء سلسلة مكملة لأجزاء الحمض النووي من خلال التهجين مع نيوكليوتيد خلية التدفق. ^{[ 36 ]} بعد ذلك، يتم فصل سلسلتي السلسلة، ويحدث تضخيم الجسر قبل غسل السلسلة العكسية، ومن ثم إجراء التسلسل. تتضمن خطوة التسلسل إجراء تسلسل متوازٍ واسع النطاق لجميع أجزاء الحمض النووي في وقت واحد باستخدام جهاز تسلسل NGS. تُحفظ هذه المعلومات وتُحلل في الخطوة الأخيرة، وهي تحليل البيانات، باستخدام برامج المعلوماتية الحيوية . ^{[ 6 ]} وتقارن هذه العملية التسلسلات بجينوم مرجعي لمحاذاة الأجزاء وإظهار الطفرات في المنطقة المستهدفة من التسلسل. ^{[ 6 ]}

يتزايد دمج تقنيات الجينوم في فحص حديثي الولادة للكشف عن الطفرات غير المترادفة، بالإضافة إلى الطرق الكيميائية الحيوية التقليدية، لتحسين الكشف عن الاضطرابات الوراثية في المراحل المبكرة من العمر. يعتمد فحص حديثي الولادة التقليدي بشكل أساسي على التحليلات الكيميائية الحيوية، مثل ^مطياف الكتلة الترادفي [ ^{37 ]،} للكشف عن التشوهات الأيضية التي تشير إلى حالات مثل بيلة الفينيل كيتون أو قصور الغدة الدرقية الخلقي ^{[ 38 ]} . ومع ذلك، قد تغفل هذه الطرق الأسباب الوراثية أو تُنتج نتائج غامضة. ولمعالجة هذه النواقص، يُضاف تسلسل الجيل التالي (NGS) إلى برامج فحص حديثي الولادة ^{[ 39 ]} . على سبيل المثال، تُستخدم لوحات الجينات المستهدفة وتسلسل الإكسوم الكامل (WES) لتحديد الطفرات غير المترادفة المسببة للأمراض في الجينات المرتبطة بحالات قابلة للعلاج، مثل نقص المناعة المشترك الشديد (SCID) والتليف الكيسي . أظهرت دراسات مثل مشروع BabyDetect فائدة الفحص الجيني في تحديد الاضطرابات التي لا تكشف عنها الطرق التقليدية، مع نتائج قابلة للتنفيذ لحالات تؤثر على أكثر من 400 جين. ^{[ 40 ] [ 41 ]} إضافةً إلى ذلك، تسمح الأساليب الجينية بالكشف عن الحالات النادرة أو المتنحية التي قد لا تظهر أعراضها الكيميائية الحيوية عند الولادة، مما يوسع نطاق الأمراض التي يتم فحصها بشكل كبير. ^{[ 42 ]} تتوافق هذه التطورات مع المبادئ الراسخة لفحص حديثي الولادة، والتي تؤكد على الكشف المبكر والتدخل للوقاية من الأمراض والوفيات. ^{[ 43 ]}

تتميز بوليميرازات الحمض النووي ، المستخدمة في تضاعف الحمض النووي ، بدقة عالية تتراوح بين ^10⁴ و10⁶ ^ضعف في اقتران القواعد. ^{[ 7 ]} ولديها قدرة على التدقيق اللغوي لتصحيح التطابقات غير الصحيحة، مما يسمح باستئصال وإصلاح ما بين 90% و99.9% من حالات عدم التطابق. ^{[ 7 ]} أما حالات عدم تطابق القواعد التي لا تُكتشف، فيتم إصلاحها بواسطة مسار إصلاح عدم تطابق الحمض النووي، وهو مسار موجود في الخلايا. ^{[ 45 ] [ 8 ]} يستخدم مسار إصلاح عدم تطابق الحمض النووي إنزيمات إكسونوكلياز تتحرك على طول شريط الحمض النووي وتزيل القاعدة المدمجة بشكل خاطئ لكي تتمكن بوليميرازات الحمض النووي من ملء القاعدة الصحيحة. ^{[ 45 ]} يشارك إنزيم إكسونوكلياز 1 في العديد من أنظمة إصلاح الحمض النووي، ويتحرك من الطرف 5' إلى الطرف 3' على شريط الحمض النووي. ^{[ 46 ]}

في الآونة الأخيرة، استكشفت الأبحاث استخدام الهندسة الوراثية ^{[ 9 ]} والأدوية كعلاجات محتملة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} وقد برزت علاجات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) في الدراسات البحثية كعلاج محتمل لطفرات الاستبدال، وذلك بعد ظهور أدلة تدعم استخدامها في تصحيح طفرات التوقف. ^{[ 47 ]} يتم هندسة جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل المصححة لطفرات الاستبدال لتحديد الكودون المتحور، ولكنها تحمل الحمض الأميني المشحون الصحيح الذي يتم إدخاله في البروتين المتكون حديثًا. ^{[ 9 ]}

أظهرت الأدوية التي تستهدف بروتينات محددة متأثرة بطفرات خاطئة إمكانات علاجية واعدة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} وقد ركزت الدراسات الدوائية بشكل خاص على استهداف بروتين p53 الطافر واضطرابات قنوات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ ، وكلاهما ناتج عن طفرات خاطئة مكتسبة للوظيفة نظرًا لانتشارها الواسع في عدد من أنواع السرطان والأمراض الوراثية على التوالي. ^{[ 11 ] [ 47 ]} في التليف الكيسي، الذي ينتج في أغلب الأحيان عن طفرات خاطئة، ^{[ 48 ]} تستهدف الأدوية المعروفة باسم المعدلات بروتين منظم التوصيل عبر الغشاء في التليف الكيسي (CFTR) المعيب. ^{[ 49 ]} على سبيل المثال، للحد من العيوب الناتجة عن طفرات CFTR من الفئة الثالثة، يُجبر دواء إيفاكافتور، وهو جزء من المعدل كاليديكو، قناة الكلوريد على البقاء مفتوحة. ^{[ 50 ]}

يجري استكشاف العلاج الجيني كعلاج للطفرات غير المترادفة. ويتضمن ذلك إدخال التسلسل الصحيح من الحمض النووي في الجين الخاطئ. ^{[ 50 ]} كما يجري تطوير برامج الذكاء الاصطناعي، مثل AlphaFold ، للتنبؤ بتأثير هذه الطفرات. ^{[ 51 ]} ويمكن أن يساعد تحديد الطفرات الضارة المحتملة في تشخيص الأمراض وعلاجها. ^{[ 51 ]}

 الحمض النووي: 5' - AAC AGC CTG CGT ACG GCT CTC - 3' 3' - TTG TCG GAC GCA TGC CGA GAG - 5' مرنا: 5' - AAC AGC CUG CGU ACG GCU CUC - 3' البروتين: Asn Ser Leu Arg Thr Ala Leu

طفرة استبدال الحمض الأميني (c.1580G>T) في جين LMNA، تحديدًا في الموضع 1580 (نيوكليوتيد) من تسلسل الحمض النووي (CGT)، تؤدي إلى استبدال الجوانين بالثايمين ، مُنتجةً CTT في تسلسل الحمض النووي. ينتج عن ذلك على مستوى البروتين استبدال الأرجينين بالليوسين في الموضع 527. ^{[ 58 ]} يؤدي هذا إلى تدمير الجسور الملحية وعدم استقرار البنية. على المستوى الظاهري، يتجلى ذلك في تداخل خلل التنسج الفكي الطرفي ومتلازمة الشيخوخة المبكرة .

والناتج من النسخ والبروتين هو:

 الحمض النووي: 5' - AAC AGC CTG CTT ACG GCT CTC - 3' 3' - TTG TCG GAC GAA TGC CGA GAG - 5' mRNA: 5' - AAC AGC CUG CUU ACG GCU CUC - 3' البروتين: Asn Ser Leu Leu Thr Ala Leu

يمكن أن تُسبب الطفرات غير المترادفة في بروتين MeCP2 متلازمة ريت ، أو ما يُعرف بنمط RTT الظاهري. ^{[ 59 ]} يُصيب هذا النمط الظاهري الإناث بشكل أساسي، إذ لا يعيش الذكور مع هذه الطفرة بعد مرحلة الرضاعة. ^{[ 59 ]} تُعدّ الطفرات T158M وR306C وR133C من أكثر الطفرات غير المترادفة شيوعًا المُسببة لمتلازمة ريت. ^{[ 59 ]} تُسبب الطفرة T158M استبدال الأدينين بالجوانين ، مما يؤدي إلى استبدال الثريونين في الموضع 158 من الحمض الأميني بالميثيونين . ^{[ 60 ]} أما الطفرة R133C فتُسبب استبدال السيتوزين في الموضع 417 من الجين المُشفّر لبروتين MeCP2 بالثايمين ، مما يؤدي إلى استبدال الأرجينين بالسيستين في الموضع 133 من البروتين . ^{[ 12 ]}

يُغيّر مرض فقر الدم المنجلي شكل خلايا الدم الحمراء من مستديرة إلى منجلية الشكل. ^{[ 61 ]} في أكثر أنواع فقر الدم المنجلي شيوعًا، يتغير النيوكليوتيد رقم 20 في جين سلسلة بيتا للهيموجلوبين من الكودون GAG إلى GTG. ^{[ 61 ]} وبالتالي، يُستبدل الحمض الأميني السادس، حمض الجلوتاميك ، بالفالين - ويُشار إلى هذه الطفرة بـ "E6V" أو "Glu6Val" - مما يُؤدي إلى تغيير البروتين بشكل كافٍ ليُصبح نمطًا ظاهريًا لفقر الدم المنجلي. ^{[ 62 ]} تُسبب الخلايا المُصابة مشاكل في مجرى الدم، إذ يُمكن أن تُصبح لزجة بسبب خلل في نقل الأيونات، مما يجعلها عُرضة لفقدان الماء. ^{[ 14 ]} يُمكن أن يُؤدي ذلك إلى تراكم خلايا الدم، مما يُعيق تدفق الدم إلى أي عضو في الجسم. ^{[ 14 ]}

• مرض الزهايمر ^{[ 18 ]}
• الإعاقة الذهنية المرتبطة بالكروموسوم X ^{[ 18 ]}
• انخفاض مستوى الكوليسترول في الدم ^{[ 18 ]}
• مرض طنجة ^{[ 18 ]}
• اعتلال العضلات النيماليني الخلقي ^{[ 63 ]}