צורתן של מולקולות האר-אן-אי מהווה קוד נוסף

גדילי הדי-אן-אי בגנום מותאמים ליצירת צורה של סליל כפול, אך מה בנוגע למולקולות האר-אן-אי החד-גדיליות שמועתקות מהם? גם הכימיה של "אותיות" רצף האר-אן-אי מסמנת להן לחפש בת זוג – שעשויה להיות אות אחרת על אותה מולקולה. בעקבות כך מסתלסל גדיל האר-אן-אי ונצמד לעצמו בתצורות דמויות סיכת ראש. מחקר חדש שביצעו במשותף מדענים במכון ויצמן למדע ובאוניברסיטת סטנפורד, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature, הראה כי לתצורות אלה ישנם תפקידים רבים. נראה שהן מתפקדות כמעין "סימון" על גבי הקוד הגנטי עצמו, וכך מסייעות למנגנוני ייצור החלבונים שבתא לקרוא אותו.

באחד מהמחקרים המקיפים ביותר שנעשו על מבנה האר-אן-אי בתאים אנושיים מיפו פרופ' ערן סגל ותלמיד המחקר אוהד מנור, מהמחלקה למדעי המחשב ולמתמטיקה שימושית והמחלקה לביולוגיה מולקולריות של התא במכון ויצמן, ביחד עם פרופ' הווארד צ'אנג מאוניברסיטת סטנפורד, את המערך הכולל של תצורות אר-אן-אי בתאים של שלושה אנשים. המדענים השתמשו בשיטה שפיתחו בשנת 2010, עליה נרשם פטנט, המאפשרת לאתר את האזורים ברצף האר-אן-אי שנצמדים זה לזה, ואת אלה שנשארים חופשיים. מדובר בשיטה סטטיסטית, המעניקה "ציון" לכל אזור באר-אן-אי, בהתאם לסיכוי שיתאים וייצמד לאזור אחר. בדיקה של למעלה מ-160 מיליון מקטעי אר-אן-אי מכל אדם – המסתכמים באלפי מולקולות אר-אן-אי – איפשרה ליצור מפת אינטראקציות טופוגרפית של מערך מולקולות האר-אן-אי בתא.

"כשהסתכלנו בעיבוד הגראפי של 'ציוני ההיצמדות', מספר דברים בלטו לעין מיד", אומר פרופ' סגל. "לדוגמה, יכולנו לראות בצורה ברורה מאוד את השיפועים החדים בנקודות ה'התחל' וה'עצור' של הגן, שתוחמים את איזור פעילותו". שיפועים אלה – המציינים אזורים לא מצומדים בגדיל המקופל – הם העיקולים של "סיכת הראש" והבליטות שבמבנה המולקולה. המדענים גילו סוגים נוספים של "סמלים" באר-אן-אי המקופל, למשל, באזורים שבהם המכונות התאיות חותכות את רצף האר-אן-אי. לדברי פרופ' סגל, סימון זה, שאפשר לדמות לכתב ברייל, עשוי להיות שימושי למנגנונים כדוגמת הריבוזום (המייצר חלבונים על פי רצף האר-אן-אי), משום שבאמצעותו הוא יכול למצוא בקלות את מקומו על המולקולה הארוכה, מבלי שיצטרך לחפש את קבוצת האותיות (נוקלאוטידים) המתאימה. למעשה, הסימונים שיוצרים קיפולי האר-אן-אי עשויים להוות קוד נוסף לקודון המשולש אשר מסמן את חומצות האמינו. למשל, כל ציוני ההיצמדות הצביעו על דפוס של צימוד חזק מדי שלושה נוקלאוטידים, שעשוי לסמן את תחילתו של קודון לחומצה אמינית חדשה.

שלוש הדוגמאות נלקחו מזוג הורים וילד, עובדה שאיפשרה למדענים לשאול מספר שאלות הנוגעות לתצורת האר-אן-אי ולתורשה. לדוגמה, כל אחד מאיתנו נושא וריאציות זעירות של אות אחת או שתי אותיות, הפזורות ברחבי הגנום שלנו, המוכרות כ"פולימורפיזם של נוקלאוטיד בודד" (SNPs). כיצד משפיעה ההחלפה של נוקלאוטיד יחיד? השוואת ציוני הצימוד של האם, האב והילד הראתה, כי תצורתם של כ-15 אחוזים ממולקולות האר-אן-אי המכילות רצפי SNPהייתה שונה במידה משמעותית בשלושת הדוגמאות; כלומר, במידה שיש בה כדי להשפיע משמעותית על תיפקוד החלבון הנוצר מהן. המדענים כינו תצורות אלו בשם RiboSNitches.

צוות המדענים סימן את ה-RiboSNitch שאותרו על מפת האר-אן-אי שיצרו. המיקומים בהם אותרו רצפי האר-אן-אי החלופיים רמזו, כי ה-RiboSNitchעשויים למלא תפקיד מכריע בוויסות התהליך שבו הקוד הגנטי מתורגם לחלבון. מיקומם על המפה רומז עוד, כי חלק מה-RiboSNitchעשוי להיות מעורב בתהליכים ביולוגיים חשובים, ובכך לסייע בעתיד בהבנת תהליכי מחלות שונות.

למידע נוסף אפשר לפנות למשרד הדובר במכון ויצמן למדע: 08-9343856