اجازه ندهید اسامی ‌شما را گمراه کنند: RNA‌های غیر کد کننده طویل، گاهی پروتئین تولید می‌‌کنند

مطالعات جدید نشان می‌‌دهد بعضی توالی‌های RNA غیر کد کننده نیاز به بررسی مجدد دارند. به نظر می‌‌رسد در مگس سرکه و انسان‌ها، بعضی از RNA‌های غیر کد کننده طویل به پروتئین ترجمه می‌‌شوند.

ژنتیک دان دانشگاه Yale، Antonio Giraldez، مدت مدیدی است که در زمینه رویان شناسی تحقیق می‌‌کند. او این سؤال‌ها را مطرح می‌‌کند که:

" چگونه بیان ژن تنظیم می‌‌شود؟ چگونه این روند برنامه ریزی می‌‌شود تا از یک تخمک بارور شده رویانی با سلول‌های تمایز یافته مانند سلول‌های شبکیه، سلول‌های قلب و سلول‌های ماهیچه به وجود آید؟ و چیزی که بیشتر از همه ذهن مرا مشغول کرده است مراحل اولیه این روند است. این مراحل انتقال از فاز مادری به سلول تخم می‌‌باشد (maternal to zygotic)."

در ادامه با بیونت همراه باشید

در زمان مطالعه این انتقال (پروسه ای که به وسیله آن رشد رویان تنها از طریق ژنوم سلول تخم کنترل می‌‌شود) Giraldez و همکارانش به یک نکته جالب برخورد کردند:

بعضی از RNA‌هایی که غیر کد کننده نامیده می‌‌شوند در حقیقت به توالی‌های پپتیدی کوتاهتر از ۱۰۰ آمینو اسید، ترجمه می‌‌شوند.

این کشف به وسیله تکنیکی که به Giraldez و گروهش اجازه بررسی پتانسیل کد شوندگی ژن‌ها را در مهره داران می‌‌داد به نام ردیابی ریبوزوم‌ها (ribosome footprinting) انجام شد. Giraldez بیان می‌‌کند:

"از قدیم معیار‌هایی برای شناسایی ژن‌های کد کننده وجود داشته است. یک مبنای انتخابی، طول ناحیه رمز کننده RNA بوده است(open reading frame یا ORF). اما با بررسی نحوه حرکت سه نوکلئوتیدی ریبوزوم بر روی RNA پیغامبر (mRNA)، می‌‌توانیم بگوییم حتی این RNA‌های کوتاه نیز ترجمه می‌‌شوند."

این بدان معنی نیست که تمام RNA‌های طویل غیر کد کننده به پروتئین ترجمه می‌‌شوند، بلکه این عقیده کلی که این توالی‌ها چه عملکردی دارند را به چالش می‌‌کشد و شاید مجبور شویم بعضی از RNA‌ها را مجددا نام گذاری کنیم. Giraldez می‌‌افزاید:

" گمان می‌‌کنم بخشی از چیزی که ما RNA طویل غیر کد کننده می‌‌نامیم احتمالا به پروتئین ترجمه می‌‌شود و این پروتئین‌ها دارای عملکرد خواهند بود. حتی این توالی‌ها می‌‌توانند نقش‌های حساس دیگری نیز در ترجمه و شاید پایداری mRNA‌ها ایفا کنند."

یک داستان جالب

در آن طرف اقیانوس آرام در دانشگاه Sussex، دکتر Juan Pablo Couso نیز یک smORF رمزکننده پپتید کشف کرد.Couso شرح می‌‌دهد:

" این یک داستان جالب است. ما بر روی مگس‌های جهش یافته مشغول کار بودیم. من به یک مگس به وسیله میکروسکوپ نگاه می‌‌کردم که این مگس یک جهش یافته خود به خود و فاقد پا بود. ما این جهش را شناسایی کرده و آن را بر روی بخشی از ژنوم نقشه برداری کردیم که ژنی در آن ناحیه شناسایی نشده بود و تنها چند RNA را رمز می‌‌کرد. یکی از این RNA‌ها که به نظر می‌‌رسید غیر کد کننده باشد توجه ما را به خود جلب کرد."

در آن ناحیه، Cuoso و گروهش یک ORF کوچک (smORF) یافتند که دو توالی ۴۲ و ۳۲ اسید آمینه ای را رمز می‌‌کرد، اما آنها فکر می‌‌کردند این توالی‌ها بسیار کوچکتر از آنند که جهش پا را منجر شوند. سپس آنها یک توالی ۱۱ اسید آمینه ای دیگر در یک smORF یافتند، هنگامی ‌‌که توالی را حذف می‌‌کردند تکامل پا دچار نقص می‌‌شد.

Cuoso می‌‌گوید:

“این توالی ۱۰ برابر کوتاهتر از کوچکترین توالی کد کننده معمول ژنی می‌‌باشد. اما ۱۱ اسید آمینه تمام چیزی بود که برای تکامل پا‌ها لازم بود. ما کاملا شگفت زده شده بودیم."

با این یافته Couso و همکارانش ترغیب شدند که به بررسی دیگر RNA‌های غیر کد کننده در مگس سرکه بپردازند و یک smORF جدید که دو پپتید یکسان را رمز میکرد یافتند. هر کدام از این پپتید‌ها طولی کمتر از ۳۰ اسید آمینه داشتند. آنها به سرعت متوجه شدند که این پروتئین‌های کوچک به انتقال کلسیم کمک می‌‌کنند.

او می‌‌گوید:

"این بیان در تمام ماهیچه‌ها اتفاق می‌‌افتد. بهترین مکان برای شناسایی این بیان، قلب است و ما متوجه شدیم که این بیان برای انقباض دائمی ‌‌قلب بسیار مهم می‌باشد. این نکته بسیار هیجان انگیز است که پپتید‌های یکسانی در انسان‌ها نیز وجود دارد. در واقع، این پپتید‌ها برای مدتی است که به عنوان عاملی در ناهماهنگی ضربان قلب (arrhythmias) شناسایی شده اند."

Couso اظهار میدارد این مطالعات بر روی smORF‌ها نشان می‌‌دهد که ژن‌ها می‌‌توانند از چیزی که قبلا تصور میشد کوچکتر باشند. اما به دلیل طبیعت کوچکشان،  می‌‌توانند به راحتی به وسیله ژنتیکدان‌هایی که بر روی رمز گشایی نقش RNA‌ها در رویان زایی و تکامل کار می‌‌کنند نادیده گرفته شوند.

توانایی رمز کردن واقعی ژنوم

Giraldez و Coucos تنها دانشمندانی نیستند که مشغول کشفیاتی بر پایه smORF هستند. Alexander Schier و گروهش در دانشگاه‌ هاروارد به تازگی پپتید کوچکی را در zebrafish به نام Toddler کشف کرده اند که تحرک سلولی را طی رویان زایی موجب می‌‌شود. Coucos معتقد است که این تنها بخش کوچکی از کل کشفیات است و یافته‌های بیشتری نیز وجود خواهد داشت.

Coucos می‌‌گوید:

" ما توانایی رمز کردن ژنوم را دست کم گرفته بودیم، این پپتید‌ها می‌‌توانند تمام قسمت‌های زیست شناسی و نه تنها رویان زایی را تحت تاثیر قرار دهند. من پیش بینی می‌‌کنم که کشفیات هیجان انگیزی در سال‌های آتی خواهیم داشت و خواهیم دید که پپتید‌های بسیار زیادی در رویان زایی، ایجاد بیماری‌ها، عملکرد طبیعی سیستم عصبی و شاید بیش از آن نیز تاثیر گذار باشند."

Gildaz با این گفته موافق است اما معتقد است کار‌های بسیاری باید انجام پذیرد:

" اکنون می‌دانیم که بسیاری از این RNA‌های غیر کد کننده ترجمه شده و احتمالا پروتئینی را رمز می‌‌کنند. این عمل سؤالات بسیاری را به وجود می‌‌آورد. عملکرد هر یک از این توالی‌های رمز کننده چه خواهد بود؟ آیا باعث تنظیم بیان ژن می‌‌شوند؟ آیا پروتئینی را رمز می‌‌کنند؟ آیا غیر کاربردی هستند؟ ما هنوز نمی‌‌دانیم:

 تا زمانی که دانشمندان موفق به جداسازی این RNA‌های غیر کد کننده و بررسی تاثیرشان بر روی تکامل نشده اند، نمی‌‌توانیم آگاهی بیشتری در مورد نقش آن‌ها در رویان زایی داشته باشیم."

Giraldez می‌‌افزاید:

" ما کتاب ژنوم را مطالعه کرده ایم. اما همچنان نیاز داریم تا لغات متعددی را در این کتاب شناسایی کنیم. این مطالعات به ما اجازه می‌‌دهد که معنی ژن‌های متفاوتی را درک کنیم. این یک تصویر کامل نیست اما این اجازه را به ما می‌‌دهد که بعضی از این لغات را شناسایی و طبقه بندی کنیم. این کار نشانه‌هایی برای فهم معانی این لغات خواهد بود و روزی دانستن این معانی به ما برای فهم بهتر تکامل رویان کمک می‌‌کند."

منبع: EMBO