التدقيق اللغوي (علم الأحياء)

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُستخدم مصطلح التدقيق اللغوي في علم الوراثة للإشارة إلى عمليات تصحيح الأخطاء، التي اقترحها لأول مرة جون هوبفيلد [ 1 ] وجاك نينيو [ 2 ] ، والتي تشمل تضاعف الحمض النووي ، وخصوصية الجهاز المناعي ، والتعرف على الركائز الإنزيمية، من بين العديد من العمليات الأخرى التي تتطلب خصوصية مُعززة. وتُعد آليات التدقيق الحركي لهوبفيلد ونينيو عمليات نشطة غير متوازنة تستهلك جزيئات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لتعزيز خصوصية التفاعلات الكيميائية الحيوية المختلفة.

في البكتيريا ، تمتلك جميع أنواع بوليميراز الحمض النووي الثلاثة (I وII وIII) القدرة على التدقيق اللغوي، باستخدام نشاط الإكسونوكلياز 3' → 5' . عند اكتشاف زوج قاعدي غير صحيح، يعكس بوليميراز الحمض النووي اتجاهه بمقدار زوج قاعدي واحد من الحمض النووي، ثم يستأصل القاعدة غير المتطابقة. بعد استئصال القاعدة، يستطيع البوليميراز إعادة إدخال القاعدة الصحيحة، وتستمر عملية التضاعف.

في حقيقيات النوى ، تمتلك بوليميرازات الإطالة (دلتا وإبسيلون) فقط القدرة على التدقيق اللغوي (نشاط إكسونوكلياز 3' → 5'). [ 3 ] يحدث التدقيق اللغوي أيضًا في ترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) لتخليق البروتين . [ 4 ] في هذه الحالة، تتمثل إحدى الآليات في تحرير أي حمض أميني-tRNA غير صحيح قبل تكوين الرابطة الببتيدية . [ 5 ]

يُحدد مدى التدقيق في تضاعف الحمض النووي معدل الطفرات ، ويختلف هذا المعدل بين الأنواع المختلفة. [ 6 ] على سبيل المثال، يؤدي فقدان التدقيق نتيجةً لطفرات في جين بوليميراز الحمض النووي إبسيلون إلى نمط جيني شديد الطفرات يحتوي على أكثر من 100 طفرة لكل مليون قاعدة من الحمض النووي في سرطانات القولون والمستقيم البشرية . [ 7 ]

قد يعتمد مدى التدقيق اللغوي في العمليات الجزيئية الأخرى على الحجم الفعال للسكان من النوع وعدد الجينات المتأثرة بآلية التدقيق اللغوي نفسها. [ 8 ]

بوليميراز الحمض النووي لبكتيريا العاثية T4

يشفر الجين 43 في العاثية T4 إنزيم بوليميراز الحمض النووي المسؤول عن تضاعف الحمض النووي. وقد تم تحديد طفرات حساسة للحرارة ( ts ) في الجين 43، والتي تتميز بنمط ظاهري مضاد للطفرات ، أي معدل طفرات تلقائية أقل من النوع البري. [ 9 ] أظهرت دراسات أجريت على إحدى هذه الطفرات، tsB120 ، أن بوليميراز الحمض النووي الذي تحدده هذه الطفرة ينسخ قوالب الحمض النووي بمعدل أبطأ من بوليميراز النوع البري. [ 10 ] ومع ذلك، لم يكن نشاط الإكسونوكلياز من 3' إلى 5' أعلى من النوع البري. أثناء تضاعف الحمض النووي، تكون نسبة النيوكليوتيدات المتحولة إلى تلك المدمجة بثبات في الحمض النووي المتكون حديثًا أعلى بمقدار 10 إلى 100 مرة في حالة الطفرة tsB120 مقارنةً بالنوع البري. [ 10 ] تم اقتراح أن تأثير مضاد الطفرات يمكن تفسيره من خلال كل من الدقة الأكبر في اختيار النيوكليوتيدات وزيادة كفاءة إزالة النيوكليوتيدات غير المتكاملة (التدقيق) بواسطة بوليميراز tsB120 .

عند تعريض فيروسات العاثية T4 الحاملة لجين 43 من النوع البري لبوليميراز الحمض النووي إما للأشعة فوق البنفسجية ، التي تُحدث تلفًا في الحمض النووي من نوع ثنائي بيريميدين حلقي، أو للسورالين مع الضوء، الذي يُحدث نواتج إضافة بيريميدين، يزداد معدل الطفرات. مع ذلك، تُثبط هذه التأثيرات المُطفرة عندما يُحفز تخليق الحمض النووي للعاثية بواسطة بوليميراز tsCB120 المضاد للطفرات، أو بوليميراز آخر مضاد للطفرات، tsCB87 . [ 11 ] تشير هذه النتائج إلى أن مستوى تحفيز الطفرات بفعل تلف الحمض النووي يتأثر بشدة بوظيفة التدقيق اللغوي لبوليميراز الحمض النووي لجين 43.

إنزيم التدقيق اللغوي لفيروس سارس-كوف-2

فيروس كورونا 2 المسبب لمتلازمة الالتهاب التنفسي الحاد الوخيم (SARS-CoV-2) هو العامل المسبب لجائحة كوفيد-19. يحتوي جينوم فيروس SARS-CoV-2 RNA على مُركّب تضاعف ونسخ، وهو عبارة عن آلة بروتينية متعددة الوحدات الفرعية تُنفّذ تضاعف ونسخ الجينوم الفيروسي، وهما عمليتان أساسيتان لدورة حياة الفيروس. أحد البروتينات التي يُحددها جينوم فيروس كورونا هو بروتين غير بنيوي، nsp14، وهو إنزيم إكسوريبونوكلياز (ExoN) يعمل من الطرف 3' إلى الطرف 5'. يوجد هذا البروتين ضمن مُركّب البروتين nsp10-nsp14 الذي يُحسّن دقة التضاعف من خلال تدقيق تخليق الحمض النووي الريبي (RNA)، وهو نشاط بالغ الأهمية لدورة حياة الفيروس. [ 12 ] علاوة على ذلك، فإن إنزيم الإكسوريبونوكلياز nsp14-ExoN المُدقّق لفيروس كورونا ضروري للحفاظ على إعادة التركيب الجيني الذي يحدث أثناء العدوى. [ 13 ]

مراجع

  1. ↑ هوبفيلد، جيه جيه (أكتوبر 1974). "التدقيق الحركي: آلية جديدة للحد من الأخطاء في العمليات الحيوية التي تتطلب دقة عالية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 71 (10): 4135-4139 . Bibcode : 1974PNAS...71.4135H . doi : 10.1073/pnas.71.10.4135 . ISSN 0027-8424 . PMC 434344. PMID 4530290 .   
  2. ↑ نينيو، جاك (يوليو 1975). "التضخيم الحركي للتمييز الإنزيمي" . بيوشيمي . 57 (5): 587-595 . doi : 10.1016/S0300-9084(75)80139-8 . PMID 1182215 . 
  3. ↑ مولدوفان، جي إل؛ بفاندر، بي؛ جينتش، إس. (2007). " PCNA، مايسترو شوكة التضاعف" . الخلية . 129 (4): 665-679 . doi : 10.1016/j.cell.2007.05.003 . PMID 17512402. S2CID 3547069 .  
  4. ↑ فارما موشن --> مثبطات تخليق البروتين: الأمينوغليكوزيدات، آلية العمل (رسوم متحركة). تصنيف العوامل. مؤرشف بتاريخ 12 مارس 2010 في أرشيف الإنترنت. نُشر بواسطة فلافيو غوزمان في 8 ديسمبر 2008.
  5. ↑ ترجمة: تخليق البروتين، بقلم جويس ج. ديوان. معهد رينسيلار للفنون التطبيقية. تم الاطلاع عليه في أكتوبر 2011. مؤرشف في 7 مارس 2016 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  6. ↑ دريك، جيه دبليو؛ تشارلزورث، بي؛ تشارلزورث ، دي؛ كرو، جيه إف (1998). "معدلات الطفرة التلقائية" . علم الوراثة . 148 (4): 1667-1686 . doi : 10.1093/genetics/148.4.1667 . PMC 1460098. PMID 9560386 .  
  7. ↑ شبكة أطلس جينوم السرطان؛ بينبريدج؛ تشانغ؛ دينه؛ دروموند؛ فاولر؛ كوفار؛ لويس؛ مورغان؛ نيوشام؛ ريد؛ سانتيبانيز؛ شينبروت؛ تريفينو؛ وو؛ وانغ؛ غوناراتني؛ دونهاور؛ كريتون؛ ويلر؛ غيبس؛ لورانس؛ فويت؛ جينغ؛ سيبولسكيس؛ سيفاتشينكو؛ ستويانوف؛ ماكينا؛ لاندر؛ وآخرون . (2012). "التوصيف الجزيئي الشامل لسرطان القولون والمستقيم البشري" . مجلة نيتشر . 487 (7407): 330-337 . Bibcode : 2012Natur.487..330T . doi : 10.1038/nature11252 . PMC 3401966. PMID 22810696 .   
  8. ↑ راجون إي، ماسيل جيه (2011). "تطور معدلات الخطأ الجزيئي وعواقبه على قابلية التطور" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 108 ( 3): 1082-1087 . Bibcode : 2011PNAS..108.1082R . doi : 10.1073/pnas.1012918108 . PMC 3024668. PMID 21199946 .  
  9. ↑ دريك، جيه دبليو، وآلان، إي إف (1968). "بوليميرازات الحمض النووي المضادة للطفرات في العاثية T4". ندوة كولد سبرينغ هاربور للبيولوجيا الكمية . 33 : 339-44 . doi : 10.1101/sqb.1968.033.01.039 . PMID 5254574 . 
  10. 1 2 جيلين إف دي، نوسال إن جي (سبتمبر 1976). "التحكم في معدل الطفرات بواسطة بوليميراز الحمض النووي لفيروس T4. 1. بوليميراز الحمض النووي المضاد للطفرات CB120 معيب في إزاحة السلسلة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 251 (17): 5219-24 . doi : 10.1016/S0021-9258(17)33149-6 . PMID 956182 . 
  11. ↑ ياروش د.ب، جونز ف، مفتي س، بيرنشتاين س، بيرنشتاين هـ (أبريل 1980). "تثبيط الطفرات الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية والسورالين بالإضافة إلى الضوء في العاثية T4 بواسطة أليلات بوليميراز مضاد للطفرات من الجين 43". Photochem Photobiol . 31 (4): 341–350 . doi : 10.1111/j.1751-1097.1980.tb02551.x . PMID 7384228 . 
  12. ↑ ليو سي، شي دبليو، بيكر إس تي، شاتز دي جي، ليو بي، يانغ واي (سبتمبر 2021). "الأساس البنيوي للتعرف على عدم التطابق بواسطة إنزيم التدقيق اللغوي لفيروس سارس-كوف-2" . مجلة ساينس . 373 (6559): 1142-1146 . Bibcode : 2021Sci...373.1142L . doi : 10.1126/science.abi9310 . PMC 9836006. PMID 34315827 .  
  13. ↑ غريبل جيه، ستيفنز إل جيه، أغوستيني إم إل، أندرسون-دانييلز جيه، تشابيل جيه دي، لو إكس، برويسرز إيه جيه، روث إيه إل، دينيسون إم آر (يناير 2021). "إنزيم إكسوريبونوكلياز المُصحِّح لفيروس كورونا يُحفِّز إعادة التركيب الفيروسي على نطاق واسع " . PLOS Pathog . 17 (1) e1009226. doi : 10.1371/journal.ppat.1009226 . PMC 7846108. PMID 33465137 .