الانفجار النسخي

الانفجار النسخي ، المعروف أيضًا باسم النبض النسخي ، هو خاصية أساسية للجينات حيث يمكن أن يحدث النسخ من الحمض النووي DNA إلى الحمض النووي RNA على شكل "انفجارات" أو "نبضات"، وقد لوحظ ذلك في كائنات حية متنوعة، من البكتيريا إلى الثدييات. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

برزت هذه الظاهرة مع ظهور تقنيات مثل وسم MS2 والتهجين الموضعي الفلوري لجزيء RNA المفرد ، للكشف عن إنتاج RNA في الخلايا المفردة، من خلال قياسات دقيقة لعدد جزيئات RNA أو ظهورها في الجين. وهناك تقنيات أخرى أكثر انتشارًا، مثل التهجين الشمالي ، والمصفوفات الدقيقة ، و RT-PCR ، وتسلسل RNA ، تقيس مستويات RNA الإجمالية من مستخلصات متجانسة. تفقد هذه التقنيات معلومات ديناميكية من الخلايا الفردية، وتعطي انطباعًا بأن عملية النسخ عملية مستمرة وسلسة. لكن عند ملاحظتها على مستوى الخلية المفردة، تكون عملية النسخ غير منتظمة، حيث تتخلل فترات نشاط قوية فترات طويلة من الخمول.

قد ينتج التضاعف السريع عن الطبيعة العشوائية للأحداث البيوكيميائية المتراكبة على تقلب ثنائي المراحل. في أبسط صوره، يُفترض أن الجين موجود في حالتين: حالة يكون فيها النشاط ضئيلاً، وحالة أخرى يكون فيها احتمال التنشيط وارداً. ^{[ 6 ]} في الحالة الثانية فقط يحدث النسخ بسهولة. ويبدو من المرجح أن بعض حقيقيات النوى البدائية تمتلك جينات لا تُظهر تضاعفاً سريعاً. تكون هذه الجينات دائماً في الحالة المُهيأة، حيث يصف احتمال بسيط عدد جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المُنتجة. ^{[ 7 ]}

تشير بيانات أحدث إلى أن نموذج الحالتين قد يكون تبسيطًا مفرطًا. يمكن تلخيص نسخ جين c-Fos استجابةً لتحفيز المصل، في معظمه، بحالتين، مع أن حالة ثالثة تُفسر التباين في البيانات بشكل أفضل في أوقات معينة بعد التحفيز. ^{[ 8 ]} ويقترح نموذج آخر إمكانية تطبيق نموذج الحالتين، ولكن مع اختلاف معدل النسخ في الحالة النشطة لكل خلية. ^{[ 9 ]} وتشير تحليلات أخرى إلى وجود طيف أو سلسلة متصلة من حالات النشاط. ^{[ 10 ] [ 11 ]} وقد تُفضل البيئة النووية والإشاراتية للنوى حقيقية النواة المعقدة أكثر من حالتين بسيطتين؛ فعلى سبيل المثال، يوجد أكثر من عشرات التعديلات اللاحقة للترجمة على النيوكليوسومات، وربما مئة بروتين مختلف يشارك في تفاعل النسخ في حقيقيات النوى.

ماذا تمثل حالتا الكبت والتمكين؟ من الأفكار الجذابة أن حالة الكبت هي بنية كروماتينية مغلقة ، بينما تكون حالات التمكين أكثر انفتاحًا. وهناك فرضية أخرى مفادها أن التقلبات بين الحالتين تعكس تحولات قابلة للانعكاس في ارتباط وانفصال معقدات ما قبل بدء النسخ. ^{[ 12 ]} قد تنتج الانفجارات أيضًا عن إشارات متقطعة، أو تأثيرات دورة الخلية ، أو حركة الكروماتين من وإلى مواقع النسخ . وقد ثبت أن ديناميكيات الانفجارات تتأثر بحجم الخلية ^{[ 13 ]} وتواتر الإشارات خارج الخلوية. ^{[ 14 ]} تشير البيانات الحديثة إلى أن درجات مختلفة من الالتفاف الفائق تميز حالتي التمكين والخمول. ^{[ 15 ]}

تُفسر ظاهرة الانفجار، على عكس النماذج الاحتمالية البسيطة للنسخ، التباين الكبير (انظر: الضوضاء النسخية ) في التعبير الجيني بين الخلايا في المجموعات المتماثلة جينيًا. ويمكن أن يكون لهذا التباين بدوره عواقب وخيمة على سلوك الخلية، ويجب تخفيفه أو دمجه. وتشمل الآليات المقترحة لتخفيف الضوضاء: الإشارات خارج الخلوية القوية، ^{[ 16 ]} وانتشار الحمض النووي الريبوزي والبروتين في الخلايا المتعددة النوى، ^{[ 17 ]} والتوقف المؤقت بالقرب من المحفز، ^{[ 18 ]} والاحتفاظ النووي بالنسخ. ^{[ 19 ]} في سياقات معينة، مثل بقاء الميكروبات في بيئات متغيرة سريعة الإجهاد، قد يكون تباين التعبير ضروريًا. ^{[ 20 ]} كما يؤثر التباين على فعالية العلاج السريري، حيث ثبت أن مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية ناتجة عن اختلافات غير جينية. ^{[ 21 ] [ 22 ]} وقد تُساهم ظواهر مماثلة في مقاومة مجموعات فرعية من الخلايا السرطانية للعلاج الكيميائي. ^{[ 23 ]} يُقترح أيضًا أن التباين التلقائي في التعبير الجيني يعمل كمصدر لتنوع مصير الخلايا في عمليات التمايز ذاتية التنظيم، ^{[ 24 ]} وقد يشكل عائقًا أمام استراتيجيات إعادة برمجة الخلايا الفعالة. ^{[ 25 ]}