DNA غیر کد کننده چیست؟ انواع و کاربردها

فهرست مطالب نمایش

DNA غیر کد کننده چیست؟

DNA غیر کد کننده به توالی‌هایی در مولکول DNA اشاره دارد که توالی کدکننده پروتئین را ندارند. در حالی که در ابتدا به عنوان “DNA زباله (junk DNA)” نامگذاری شده بود، تحقیقات اخیر نشان داده است که DNA غیر کد کننده نقش‌های حیاتی متعددی در عملکرد سلولی و رشد موجودات زنده ایفا می‌کند. این توالی‌ها بخش قابل توجهی از ژنوم یک ارگانیسم را تشکیل می‌دهند؛ برای مثال، در انسان، تقریباً ۹۸ درصد از ژنوم DNA غیر کد کننده است. این DNA طیف گسترده‌ای از انواع توالی را در بر می‌گیرد که هر کدام عملکردها و پیامدهای منحصر به فردی برای سلامتی و بیماری دارند.

انواع DNA غیر کد کننده

اینترون‌ها:

این بخش‌های غیر کدکننده هستند که در بین ژن‌ها (در مناطقی به نام اگزون که برای پروتئین کدگذاری می‌کنند) قرار گرفته‌اند. اینترون‌ها به RNA رونویسی می‌شوند اما سپس در طی فرآیند پردازش RNA قبل از ترجمه به پروتئین‌ها حذف می‌شوند.

توالی‌های تنظیم‌کننده:

تقویت‌کننده‌ها و پیش‌برنده‌ها: این توالی‌ها به کنترل رونویسی یک ژن نزدیک کمک می‌کنند. پیش‌برنده‌ها در ابتدای ژن‌ها قرار دارند و محل اتصال برای RNA پلیمراز و سایر عوامل رونویسی را فراهم می‌کنند. تقویت‌کننده‌ها می‌توانند در بالادست، پایین‌دست یا درون ژنی که تنظیم می‌کنند قرار گیرند و سطح رونویسی ژن‌های هدف را از راه دور افزایش دهند.
سرکوب‌گرها و عایق‌گرها: این توالی‌ها بیان ژن را به طور منفی تنظیم می‌کنند. سرکوب‌گرها به عوامل رونویشی سرکوب‌کننده متصل می‌شوند، در حالی که عایق‌گرها برهم‌کنش بین تقویت‌کننده‌ها و پیش‌برنده‌ها را مسدود می‌کنند.

تلومرها و سانترومرها:

تلومرها: در انتهای کروموزوم‌ها قرار دارند، تلومرها حاوی توالی‌های تکراری هستند که کروموزوم را از تخریب یا ادغام با کروموزوم‌های همسایه محافظت می‌کنند.

سانترومرها: برای جداسازی مناسب کروموزوم در طول تقسیم سلولی ضروری هستند، سانترومرها به عنوان نقاط اتصال برای الیاف دوک عمل می‌کنند.

RNAهای غیر کدکننده:

ریز RNAها (miRNAها) و RNAهای کوچک دخالتگر (siRNAها): آن‌ها از طریق فرآیندی به نام تداخل RNA (RNAi) در خاموش کردن ژن دخیل هستند که بیان ژن را با تجزیه mRNA پس از رونویسی شدن تنظیم می‌کند.
RNAهای غیر کدکننده طولانی (lncRNAها): آن‌ها در فرآیندهای سلولی متنوعی از جمله اصلاح کروماتین، تنظیم ژن و پیشرفت چرخه سلولی نقش دارند.
عناصر جهش‌پذیر: این توالی‌ها توالی‌هایی هستند که می‌توانند موقعیت خود را در ژنوم تغییر دهند و به طور بالقوه باعث ایجاد یا معکوس کردن جهش‌ها و تغییر اندازه و ساختار ژنوم شوند.

نقش DNA غیر کد کننده در بیماری‌ها

درک رو به رشد DNA غیر کد کننده، نقش قابل توجه آن را در بیماری‌های مختلف روشن کرده است:

سرطان: تغییرات در مناطق غیر کدکننده، مانند جهش در پیش‌برنده‌ها یا تقویت‌کننده‌های انکوژن‌ها یا ژن‌های سرکوب‌کننده تومور، می‌تواند منجر به تنظیم اشتباه بیان ژن شود و به پیشرفت سرطان کمک کند. به عنوان مثال، جهش در پیش‌برنده TERT (تلومراز معکوس رونویسی‌کننده) در بسیاری از انواع سرطان شایع است و منجر به افزایش بیان تلومراز می‌شود که به جاودانگی سلولی کمک می‌کند.
اختلالات عصبی: تغییرات در مناطق غیر کدکننده می‌تواند بر رشد و عملکرد مغز تأثیر بگذارد. برای مثال، گسترش توالی‌های تکراری غیر کدکننده دلایل شناخته‌شده‌ای برای بیماری‌هایی مانند بیماری هانتینگتون و انواع مختلف دیستروفی عضلانی هستند.
بیماری‌های قلبی عروقی: RNAهای غیر کدکننده، به ویژه miRNAها، نقش‌های اساسی در تنظیم رشد و آسیب‌شناسی قلب ایفا می‌کنند. اختلال تنظیم miRNAها با نارسایی قلبی، آریتمی و تصلب شرایین مرتبط است.
اختلالات ژنتیکی: اختلالاتی مانند سندرم X شکننده و آتاکسی فریدرایش ناشی از گسترش تکرارهای غیر کدکننده‌ای است که منجر به خاموش شدن ژن می‌شود.

نقش‌ های DNA غیر کد کننده در زمینه‌های مختلف:

DNA غیر کد کننده، با وجود دست‌کم گرفتن اولیه آن در جامعه علمی، به عنوان جزء محوری در پژوهش‌های ژنومی ظهور کرده است. فراتر از نقش آن در بیماری‌ها و تنظیم اولیه ژن، چندین جنبه‌ی جذاب دیگر از DNA غیر کد کننده پیامدهای قابل توجهی در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی و پزشکی دارد. در اینجا موضوعات دیگری در رابطه با DNA غیر کد کننده وجود دارد که نیازمند کاوش بیشتر است:

۱. تنظیم اپی‌ژنتیکی

DNA غیر کد کننده نقش اساسی در فرایندهای اپی‌ژنتیکی ایفا می‌کند، که به تغییرات توارث‌پذیر در بیان ژن اشاره دارد که شامل تغییر در توالی زیربنایی DNA نمی‌شود. عناصر موجود در نواحی غیر کدکننده مانند پیش‌برنده‌ها، تقویت‌کننده‌ها و عایق‌گرها می‌توانند از طریق متیل‌دار شدن، استیل‌دار شدن و سایر تغییرات شیمیایی اصلاح شوند. این تغییرات می‌توانند به‌طور قابل توجهی بر سطوح بیان ژن تأثیر بگذارند و برای فرآیندهایی مانند تمایز سلولی و حفظ هویت سلولی حیاتی هستند.

۲. نقش ساختاری در ساختمان کروموزوم

DNA غیر کد کننده در سازماندهی سه بعدی ژنوم درون هسته نقش دارد. توالی‌هایی مانند عایق‌گرها و انواع خاصی از عناصر جهش‌پذیر به تعریف مرزهای دامنه‌های مرتبط توپولوژیکی (TADs) کمک می‌کنند که برای سازماندهی و جداسازی مناطق مختلف کروماتین حیاتی هستند. این سازماندهی برای تنظیم بیان ژن و حفظ پایداری ژنومی ضروری است.

۳. بینش‌های تکاملی

DNA غیر کد کننده منبع غنی از اطلاعات تکاملی است. از آنجایی که این نواحی تحت محدودیت‌های عملکردی کمتری نسبت به نواحی کدکننده قرار دارند، می‌توانند با سرعت بیشتری جهش انباشته کنند. این امر DNA غیر کد کننده را به ابزاری عالی برای مطالعه روابط و فرآیندهای تکاملی تبدیل می‌کند. مطالعات ژنومیک مقایسه‌ای اغلب از DNA غیر کد کننده برای ردیابی واگرایی تبار و کاوش در مکانیسم‌های نوآوری تکاملی استفاده می‌کنند.

۴. نقش در زیست‌شناسی رشدی

نواحی غیر کدکننده در تنظیم بیان ژن در طول رشد حیاتی هستند. برای مثال، برخی از RNAهای غیر کدکننده بلند (lncRNAها) به صورت کاملاً بافت‌ویژه بیان می‌شوند و در فرآیندهای کلیدی رشدی دخیل هستند. این lncRNAها می‌توانند آنزیم‌های اصلاح‌کننده کروماتین را به ژن‌های خاصی هدایت کنند و بدین ترتیب برنامه‌های بیان ژن رشدی را که برای تمایز بافتی و اندام‌زایی ضروری هستند، تنظیم کنند.

۵. کاربردها در زیست‌شناسی مصنوعی و فناوری زیستی

درک DNA غیر کد کننده کاربردهای عملی در زیست‌شناسی مصنوعی دارد، جایی که شبکه‌های مصنوعی برای تعدیل بیان ژن ایجاد می‌شوند. مهندسان از توالی‌های غیر کدکننده، مانند پیش‌برنده‌های مصنوعی یا ریبوسوئیچ‌ها، برای ساخت مدارهای ژنتیکی که می‌توانند رفتار سیستم‌های بیولوژیکی را کنترل کنند، استفاده می‌کنند. این امر پیامدهایی برای توسعه درمان‌های جدید، سوخت‌های زیستی و سایر محصولات زیستی مرتبط با صنعت دارد.

۶. DNA غیر کد کننده به عنوان اهداف درمانی

با شناخت نقش DNA غیر کد کننده در بیماری، این نواحی به اهداف جذابی برای مداخله درمانی تبدیل شده‌اند. استراتژی‌هایی مانند الیگونوکلئوتیدهای آنتی‌سنس، تداخل RNA و فناوری‌های مبتنی بر CRISPR برای دستکاری RNAهای غیر کدکننده و سایر عناصر غیر کدکننده در حال توسعه هستند. این رویکردها پتانسیل درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها را دارند، از جمله بیماری‌هایی که در حال حاضر هیچ درمان مؤثری برای آن‌ها وجود ندارد.

۷. DNA غیر کد کننده در ابزارهای تشخیصی

نواحی غیر کدکننده در تشخیص کاربردهای بالقوه‌ای دارند. برای مثال، مشخص شده است که برخی مولکول‌های RNA غیر کدکننده در بیماری‌های مختلف به طور متفاوتی بیان می‌شوند و می‌توانند به عنوان نشانگر زیستی برای تشخیص و پایش بیماری عمل کنند. مطالعه‌ی این مولکول‌ها می‌تواند منجر به توسعه‌ی آزمایش‌های تشخیصی غیرتهاجمی شود و بینشی در مورد پیشرفت بیماری و پاسخ به درمان ارائه دهد.

هر یک از این موضوعات بر نقش‌های چندوجهی DNA غیر کد کننده در زیست‌شناسی و پزشکی تأکید می‌کند و عمق و پیچیدگی ژنوم فراتر از توالی‌های کدکننده را آشکار می‌کند. با پیشرفت تحقیقات در این زمینه‌ها، درک ما از DNA غیر کد کننده همچنان رویکرد ما را نسبت به ژنتیک، ژنومیکس و فراتر از آن شکل می‌دهد.

نتیجه‌گیری

DNA غیر کد کننده که زمانی به عنوان «ماده تاریک» ژنومی در نظر گرفته می‌شد، اکنون به عنوان تنظیم‌کننده‌ی حیاتی بیان ژن و عامل قابل توجهی در علت‌شناسی بیماری‌های متعدد شناخته می‌شود. درک نقش‌های پیچیده‌ی این توالی‌های DNA همچنان به عنوان یک زمینه‌ی حیاتی در تحقیقات ژنتیکی باقی می‌ماند و نویدبخشِ دستیابی به بینش‌های جدید در زیست‌شناسی انسان و مسیرهای تازه‌ای برای توسعه‌ی درمانی است. با پیشرفت تحقیقات، به احتمال زیاد اهمیت DNA غیر کد کننده در سلامتی و بیماری آشکارتر خواهد شد و بر پیچیدگی و ظرافت تنظیم ژنومی تأکید می‌کند.

همچنین بخوانید:

مترجم: محمد صادق محمودی لرد

منبع

از این مطلب چقدر راضی بودید؟

روی ستاره کلیک کنید تا نظرتون ثبت بشه