RNA غیرکدکننده چیست؟ نقش non-coding RNA در ترجمه و رونویسی

فهرست مطالب نمایش

مقدمه‌ای بر RNA غیرکدکننده یا non-coding RNA

RNA غیرکدکننده (non-coding RNA یا ncRNA) نسخه‌ای از ژن است که به پروتئین تبدیل نمی‌شود. این شامل ریز RNA (micro RNA یا miRNA)، RNA دایره‌ای (circular RNA یا circRNA)، RNA غیرکدکننده بلند (long non-coding RNA یا lncRNA)، RNA ریبوزومی (ribosomal RNA یا rRNA) و RNA انتقالی (transfer RNA یا tRNA) و سایر انواع RNA است.

برخی از انواع ncRNA مانند miRNA، circRNA و lncRNA نقش‌های تنظیمی دارند و سطح mRNA در سلول را کنترل می‌کنند. سایر انواع مانند rRNA و tRNA نقش‌های اساسی در عملکردهای سلولی پایه (housekeeping) ایفا می‌کنند، به این معنا که آن‌ها اطمینان حاصل می‌کنند اسیدهای آمینه مطابق با توالی mRNA به درستی در زنجیره پروتئینی قرار می‌گیرند.

این ncRNA ‌ها حدود ۹۰ درصد از ژنوم را تشکیل می‌دهند و به همین دلیل یک حوزه کلیدی برای مطالعه فرآیندهای تنظیمی که در سلول‌ها رخ می‌دهد به شمار می‌روند. پروتئین‌ها در این فرآیندها نقش کوچکی اما مهم دارند.

نقش RNA غیرکدکننده در ترجمه

rRNA و tRNA دو نوع از انواع ncRNA هستند که به دلیل نقششان در تشکیل پروتئین‌ها به خوبی مطالعه شده‌اند.

rRNA با پروتئین‌های ریبوزومی ترکیب شده و ریبوزوم‌ها را تشکیل می‌دهد. این پروتئین‌ها به حفظ شکل ساختاری rRNA و افزایش پایداری آن کمک می‌کنند. rRNA بازیگر اصلی در فرآیند ترجمه است و tRNA و mRNA را برای تشکیل پروتئین در کنار هم قرار می‌دهد. این نوع RNA همچنین رایج‌ترین فرم RNA در سلول است و ۸۰ درصد از کل RNA سلولی را تشکیل می‌دهد.

tRNA با یک اسید آمینه خاص ترکیب می‌شود و به کدون خاصی از mRNA متصل می‌شود. هنگامی که رشته mRNA توسط ریبوزوم «خوانده می‌شود»، اسیدهای آمینه به یکدیگر متصل شده و زنجیره‌ای از پپتیدها را تشکیل می‌دهند که در نهایت تا شده و پروتئین‌ها را شکل می‌دهند. این پروتئین‌ها اغلب از چندین واحد پپتیدی تشکیل شده‌اند.

یکی دیگر از نقش‌های ncRNA در ترجمه، نقش RNA کوچک هسته‌ای (small nuclear RNA یا snRNA) در تبدیل پیش‌mRNA به mRNA بالغ است. snRNAبا مولکول‌های پروتئینی ترکیب شده و snRNP را تشکیل می‌دهد که به پیش‌mRNA متصل شده و فرآیند حذف اینترون‌ها را از توالی پیش‌mRNA کاتالیز می‌کند و mRNA کامل و عملکردی را باقی می‌گذارد.

نقش RNA غیرکدکننده در تنظیم ترجمه

ncRNA‌ها یک عامل کلیدی در مهار بیان پروتئین‌ها هستند. بخشی مهم از این نقش در تنظیم پساترانسکریپتال (post-transcriptional regulation) از طریق بی‌ثبات کردن یا تخریب رشته‌های mRNA قبل از ترجمه انجام می‌شود.

این کار توسط ریز RNA (micro RNA یا miRNA) انجام می‌شود که رشته mRNA را به دو قسمت تقسیم کرده، آن را از طریق دم پلی)A) بی‌ثبات می‌کند، یا ترکیبی از هر دو روش را به کار می‌برد. این فرآیند به عنوان یک سطح اضافی از تنظیم ژنی در کنار تنظیم پیش‌تکثیری DNA عمل می‌کند.

فعالیت miRNA توسط گروهی از ncRNA‌ها به نام RNA رقابتی درون‌زاد (competing endogenous RNA یا ceRNA) کنترل می‌شود. این دسته شامل circRNA، lncRNA، و ژن‌های کاذب (pseudogenes) است که به عناصر پاسخ miRNA )miRNA response elements یا MREs) روی miRNA متصل می‌شوند و به عنوان «رشته‌های اسفنجی» (sponge transcripts) عمل می‌کنند تا از مهار ترجمه mRNA جلوگیری کنند. تعادل میان ceRNA ، miRNA، و mRNA یک عامل مهم در تنظیم پساترانسکریپت ژن‌ها و کنترل افزایش یا کاهش تنظیم (up- or down-regulation) برخی پروتئین‌ها است. تغییرات در این تعادل عامل کلیدی در بیماری‌های قلبی-عروقی مرتبط با سن است.

{توضیحات: اصطلاح sponge transcripts (رونوشت‌های اسفنجی) به نوعی از RNAها اشاره دارد که به طور خاص در مسیرهای تنظیم ژنی عمل می‌کنند و اغلب به عنوان “اسفنج” برای جذب و تنظیم سایر مولکول‌های RNA عمل می‌کنند، معمولاً microRNAs (miRNAs). این رونوشت‌ها به دلیل توانایی‌شان در اتصال به miRNA ها و جلوگیری از تعامل آن‌ها با اهداف طبیعی‌شان، اهمیت دارند. برخی از RNAهای غیرکدکننده بلند (long non-coding RNAs یا lncRNAs) یا RNAهای دایره‌ای (circular RNAs یا circRNAs) می‌توانند به عنوان “اسفنج‌های miRNA” عمل کنند.

این رونوشت‌ها دارای توالی‌هایی هستند که بهmiRNA های خاص متصل می‌شوند و آن‌ها را از اتصال به mRNAهای هدفشان باز می‌دارند. این فرایند باعث تنظیم مثبت بیان ژن‌هایی می‌شود که تحت تنظیم miRNA قرار دارند

این رونوشت‌ها به عنوان بخشی از شبکه RNAهای رقیب اندوژن (competitive endogenous RNAs یا ceRNAs) عمل می‌کنند، که مولکول‌های RNA مختلف برای اتصال به miRNAها رقابت می‌کنند. }

RNA مداخله‌گر کوچک (small interfering RNA یا siRNA) نیز به طور پساترانسکریپتالی mRNA را خاموش می‌کند. siRNA از برش RNA بلند دو رشته‌ای تشکیل می‌شود و به RNA تک‌رشته‌ای کوچکی تبدیل می‌شود. سپس این siRNA با پروتئین‌های خاصی ترکیب شده و کمپلکس خاموش‌کننده القاشده توسط RNA (RNA-induced silencing complex یا RISC) را تشکیل می‌دهد. هنگامی که siRNA به رشته مکمل mRNA متصل می‌شود، RISC آن را برش داده و از ترجمه آن جلوگیری می‌کند.

{توضیحات: پساترانسکریپتالی (post-transcriptional) به مجموعه‌ای از تغییرات و فرایندهایی گفته می‌شود که پس از رونویسی DNA و تشکیل RNA اولیه (پیش‌ساز RNA پیام‌رسان یا pre-mRNA) روی آن اتفاق می‌افتد. این تغییرات برای تولید RNA بالغ و عملکردی ضروری هستند. فرایندهای پساترانسکریپتالی نقش بسیار مهمی در تبدیل اطلاعات ژنتیکی به پروتئین‌های عملکردی دارند. این فرایندها به سلول‌ها اجازه می‌دهند تا از یک ژنوم محدود، تنوع پروتئینی بالایی تولید کنند و بیان ژن‌ها را در پاسخ به شرایط مختلف تنظیم کنند. شامل: پیرایش (splicing) و افزودن کلاهک (cap) و افزودن دم پلی A (poly A tail) و … میباشد }

siRNA بسیار اختصاصی‌تر از miRNA عمل می‌کند، زیرا به طور کامل با mRNA هدف هم‌خوانی دارد و فرآیند برش را تسهیل می‌کند. همچنین، siRNA با خاموش کردن mRNA مانع از ترجمه می‌شود، در حالی که miRNA با رقابت با rRNA و tRNA برای اتصال به mRNA از ترجمه جلوگیری می‌کند.

نقش RNA غیرکدکننده در تنظیم رونویسی

یکی از انواع مهم RNA‌های غیرکدکننده (ncRNA) در حفظ یکپارچگی ژنوم، RNA‌های برهم‌کنش‌کننده با PIWI (PIWI-interacting RNA یا piRNA) هستند. پس از رونویسی، piRNA به پروتئین‌های PIWI متصل شده و مجدداً وارد هسته می‌شود. این RNA‌ها بزرگ‌ترین کلاس از ncRNA‌ها را تشکیل می‌دهند.

نقش اصلی piRNA جلوگیری از رونویسی عناصر قابل جابجایی (transposable elements) در ژنوم است. این کار با فعال‌سازی مکانیسم‌های خاموش‌سازی ژن برای مهار رونویسی ژن هدف انجام می‌شود. این فرآیند تأثیر این عناصر را بر یکپارچگی کلی DNA سلول کاهش می‌دهد.

{توضیحات: عناصر متحرک یا ترانسپوزون‌ها (Transposons) بخش‌هایی از DNA هستند که می‌توانند مکان خود را در ژنوم تغییر دهند. این عناصر مانند قطعاتی از DNA هستند که می‌توانند از یک نقطه به نقطه دیگر در ژنوم جابه‌جا شوند. این جابه‌جایی‌ها می‌توانند تأثیرات قابل توجهی بر روی ژنوم و عملکرد سلول داشته باشند.}

RNA دایره‌ای (circRNA) نیز نقش‌هایی در مراحل آغاز و طولانی شدن رونویسی نشان داده است. در مرحله آغازین، شواهد اخیر نشان می‌دهند که EIciRNA (نوعی circRNA) با RNA کوچک هسته‌ای (snRNA) و DNA پلیمراز II در محل هدف برهم‌کنش داشته و موجب افزایش بیان ژن هدف می‌شود.

نقش circRNA در مرحله طولانی شدن رونویسی نیز اخیراً شناسایی شده است. circRNA با DNA پلیمراز II فسفریله‌شده )که فسفریلاسیون برای طولانی شدن نسخه mRNA کلیدی است) برهم‌کنش دارد. با این حال، نقش تنظیمی خاص آن هنوز به طور کامل مشخص نشده است.

نتیجه‌گیری

پیشرفت‌های قابل توجهی در درک نقش گسترده ncRNA در سلول انجام شده است، اما هنوز بخش‌های زیادی از این حوزه ناشناخته باقی مانده است. درک عمیق‌تر از این حوزه ممکن است نقشی اساسی در آینده پزشکی مولکولی ایفا کند.

درک عملکرد ncRNAها برای شناخت بسیاری از فرآیندهای تنظیمی در سلول، به‌ویژه فرآیندهای مرتبط با رونویسی و ترجمه، ضروری است. درمان‌های آینده ممکن است بر اساس دانش پیشرفته‌تر از ncRNA‌ها طراحی شوند.

همچنین بخوانید:

مترجم: محمد صادق محمودی لرد

منبع

از این مطلب چقدر راضی بودید؟

روی ستاره کلیک کنید تا نظرتون ثبت بشه