البروتينات الأساسية محصورة في سباق تسلح تطوري لا ينتهي

دراسة تشرح كيف أن مجمع البروتين المهم يحمي الحمض النووي يمكنها الاستجابة للتحديات الناشئة مع الاستمرار في أداء دورها الأساسي بفعالية.

في رواية لويس كارول عبر المرآة، تجد أليس نفسها محاصرة في سباق لا نهاية له مع الملكة الحمراء، حيث تجري باستمرار ولكن لا تتقدم أبدًا. قالت لها الملكة: “إن الأمر يتطلب كل ما يمكنك القيام به من أجل البقاء في نفس المكان”.

تقول ميا ليفين، عالمة الأحياء في جامعة كاليفورنيا: “على الرغم من أننا نستخدم هذا التشبيه عادة لوصف سباقات التسلح التطورية بين العوائل والطفيليات أو العوائل ومسببات الأمراض، فإن “فرضية الملكة الحمراء” تصف أيضًا المعارك المستمرة داخل الجينوم لدينا”. جامعة بنسلفانيا.

تتصرف مناطق معينة من الحمض النووي بطريقة يسميها الباحثون بطريقة “أنانية”. على سبيل المثال، طورت العناصر الجينية المتنقلة القدرة على تغيير موقعها داخل الجينوم عن طريق قطع أو نسخ نفسها وإدخالها في مواقع جديدة. وعندما يحدث هذا، فإنها يمكن أن تتداخل مع الجينات أو تسلسلات الحمض النووي الأخرى التي تقوم بوظائف مهمة. ولمواجهة هذه العناصر التخريبية، تعتمد الخلايا على الدفاعات الجزيئية التي يمكنها التعرف عليها أو إسكاتها أو حظرها جسديًا.

ويثير هذا الصراع الداخلي سؤالا علميا قديما. كيف يمكن لبعض العمليات البيولوجية الأكثر أهمية واستقرارا أن تعتمد على البروتينات التي يجب أن تتغير باستمرار من أجل الدفاع ضد التهديدات الجينية المستمرة؟

حماية نهايات الكروموسوم

الآن، أثبت ليفين وزملاؤه كيف يتغلب زوج من شركاء البروتين الأساسيين على هذا التحدي. ركز الفريق على الجينات الموجودة في ذبابة الفاكهة ميلانوجاستروذباب الفاكهة، المسؤول عن إنشاء الأغطية الواقية – التيلوميرات – في نهايات الكروموسومات، والتي يشبهها ليفين بالأطراف البلاستيكية الموجودة على أربطة الحذاء.

النتائج التي نشرت في علومأظهر أنه في حين أن وظيفة هذه البروتينات – وهي حماية نهاية الكروموسومات – تظل ثابتة، فإن البروتينات نفسها تتغير باستمرار لمحاربة العناصر الأنانية.

لمنع أطراف الكروموسوم من الاندماج – الأمر الذي يمكن أن يسبب عدم الاستقرار الوراثي، ومشاكل الخصوبة، وموت الخلايا والكائنات الحية – تتجمع مجموعة من ستة بروتينات في مجمع الحماية النهائية لربط الحمض النووي التيلوميري.

البروتينات تحت الضغط من أجل التغيير

وجد الباحثون أن اثنين من أعضاء هذا المركب، بروتين الهيب هوب وشريكه الملزم HOAP، يتطوران بشكل أسرع بكثير من الوحدات الفرعية الأخرى ولكنهما لا غنى عنهما لحماية التيلومير.

يقول ليفين: “نحن نقدم لمحة أولى عن علم الأحياء الرائع الذي تم الحفاظ عليه بأمانة من خلال مجمع أساسي متعدد البروتينات، والذي تتعرض وحداته الفرعية لضغوط تطورية قوية للتغيير”.

لقد اختبروا ما إذا كان يجب على هذه البروتينات أن تتطور بشكل متماسك (تتطور بشكل مشترك) للحفاظ على سلامة المجمع باستخدام أدوات تحرير الجينات لتحل محل الهيب هوب الأصلي في د. ميلانوجاستر الذباب مع النسخة من ذبابة أخرى وثيقة الصلة صِنف, د- الثناء.

ووجد الباحثون أنه عندما قاموا بالهندسة د. ميلانوجاستر الذباب لجعل د- الثناء نسخة الهيب هوب بدلاً من نسختها الخاصة، مات الذباب، وأظهرت خلاياها اندماجًا كروموسوميًا واسع النطاق من طرف إلى طرف.

على العكس من ذلك، يتم إرجاع ستة فقط من الأحماض الأمينية المتطورة بشكل تكيفي – وهي اللبنات الأساسية للبروتينات – د- الثناء الهيب هوب العودة إلى بهم د. ميلانوجاستر نظرائهم، أو إدخال د- الثناء نسخة HOAP، واستعادة توظيف البروتين، وحماية التيلومير، والقدرة على البقاء.

ويوضح ليفين أنه مع تطور HOAP لإسكات الأعداء الداخليين، يضطر بروتين HipHop إلى التطور جنبًا إلى جنب.

يقول ليفين إن كيفية “استعداء” الحمض النووي الأناني لهذه البروتينات غير معروفة إلى حد كبير. “لكن التوقيعات التطورية المماثلة في الرئيسيات تشير إلى أن هذا النوع من التطور التعويضي قد يكون منتشرا على نطاق واسع ودراسته يمكن أن توضح كيف تحتفظ الجينومات بالوظائف القديمة بينما تتكيف مع التهديدات المتغيرة باستمرار.”

المرجع: “التطور التعويضي السريع داخل مجمع متعدد البروتينات يحافظ على سلامة التيلومير” بقلم سونغ يا لين، وهانا آر. فوتيران، وبريانا إن. كروغا، وأندرو سانتياغو فرانجوس، وميا تي. علوم.
دوى: 10.1126/science.adv0657

التمويل: المعاهد الوطنية للصحةمنحة الحكومة التايوانية

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.