RNAهای پیک (mRNAها) یا رناپ‌ها مولکول‌هایی هستند که مسئولیت انتقال اطلاعات رمزگذاری شده در ژنوم ما را بر عهده دارند و ساخت پروتئین‌ها را امکان‌پذیر می‌سازند. پروتئین‌ها برای عملکرد سلول‌های ما ضروری هستند. رناپ‌ها به تغییرات شیمیایی بسیار حساس هستند. به گزارش زیستنا دو گروه از دانشگاه ژنو در سوئیس با همکاری گروهی از دانشگاه علوم و فناوری نروژ، روی نوع خاصی از تغییرات شیمیایی موسوم به متیلاسیون روی مولکول‌های رناپ (RNA پیک) در کرم کوچک Caenorhabditis elegans متمرکز شده‌اند. آن‌ها دریافتند که متیلاسیون در یک توالی خاص از RNA پیک منجر به تخریب آن می‌شود و این مکانیسم پایشی به رژیم غذایی کرم بستگی دارد. این یافته‌ها در مقاله‌ای در ژورنال Cell منتشر شده است.
قبل از تولید هر پروتئین چندین مرحله طی می‌شود تا از روی ژن پروتئین تولید شود. ابتدا یکی از دو رشته DNA به RNA رونویسی می‌شود. پس از آن چندین فرآیند از جمله پیرایش (اسپلایسینگ) انجام می‌شود و سپس RNA پیک به پروتئین ترجمه می‌شود. فرآیند پیرایش، توالی‌های غیر رمزگذار غیرضروری (اینترون‌ها) را از ژن حذف می‌کند و فقط توالی‌های رمزدهنده پروتئین (اگزون‌ها) باقی می‌ماند. این شکل بالغ RNA را RNA پیک یا رناپ نامیده می‌شود.
برچسبی برای جلوگیری از ساخت پروتئین
علاوه بر این فرایندها، مولکول‌های RNA -و همچنین DNA- می‌توانند تحت نوعی اصلاح شیمیایی به نام متیلاسیون نیز قرار گیرند: این فرایند شامل اضافه شدن یک گروه متیل (CH3) است که سرنوشت این مولکول‌ها را بدون آنکه تغییری در توالی آن‌ها ایجاد کند، تغییر می‌دهد. گروه‌های متیل مانند برچسب به مکان‌های بسیار خاصی از RNA یا DNA متصل می‌شوند و به سلول نشان می‌دهند که باید سرنوشت خاصی برای این مولکول‌ها در نظر گرفته شود. متیلاسیون RNA حیاتی است؛ به‌طوری‌که موش‌های بدون متیلاسیون RNA در مراحل اولیه جنینی می‌میرند.
دو گروه همسایه در دانشگاه ژنو که یکی در زمینه تنظیم RNA و دیگری به‌طور تخصصی در زمینه سازماندهی DNA در کرم C. elegans کار می‌کنند؛ نقش متیلاسیون در کنترل بیان ژن را مطالعه کرده‌اند. آزمایشگاه‌های رامش پیلای (Ramesh Pillai) و فلوریان استاینر (Florian Steiner)، استادان بخش زیست‌شناسی مولکولی در دانشکده علوم دانشگاه ژنو، برای اولین بار نشان داده‌اند که متیلاسیون در انتهای اینترون یک ژن خاص، ماشین‌های پیرایش (اسپلایسینگ) را متوقف می‌کند. بدین ترتیب اینترون نمی‌تواند حذف شود و پروتئین تولید نمی‌شود.
تنظیم دقیق برای اطمینان از تعادل درست
این ژن که RNA پیک آن با متیلاسیون اصلاح می‌شود، آنزیمی را تولید می‌کند که دهنده‌های متیل را تولید می‌کند. ماتئوس مندل (Mateusz Mendel)، محقق بخش زیست‌شناسی مولکولی در دانشکده علوم دانشگاه ژنو و نویسنده نخست این مطالعه، توضیح می‌دهد، ازآنجاکه ژن دخیل در تولید عامل کلیدی ضروری برای متیلاسیون خود به‌وسیله متیلاسیون تنظیم می‌شود؛ لذا این یک مکانیسم خودتنظیم است.
علاوه بر این، اصلاح شیمیایی گفته‌شده به مقدار مواد مغذی دریافت شده توسط کرم‌ها بستگی دارد. به گفته کاملیا دلانی (Kamila Delaney) محقق بخش زیست‌شناسی مولکولی در دانشکده علوم دانشگاه ژنو، هنگامی‌که مواد مغذی فراوان باشد، RNA پیک متیله می‌شود، پیرایش ژن متوقف می‌شود و سطح دهنده‌های متیل کاهش می‌یابد که سبب می‌شود تعداد واکنش‌های احتمالی متیلاسیون محدود شود. از سوی دیگر هنگامی‌که مواد مغذی کمی وجود داشته باشد، هیچ متیلاسیونی در RNA این ژن وجود ندارد، بنابراین پیرایش متوقف نمی‌شود و تولید دهنده‌های متیل افزایش می‌یابد. به گفته ماتئوس مندل، عناصر موجود در غذا، مواد اولیه موردنیاز برای تولید دهنده‌های متیل را تأمین می‌کنند، بنابراین مهار پیرایش وابسته به متیلاسیون در ایجاد خود در شرایط رژیم غذایی غنی مانع ایجاد می‌کند. واکنش متیلاسیون نامناسب – بسیار زیاد یا بسیار کم – علت بسیاری از بیماری‌ها است. سلول این سیستم نظارتی بسیار پیچیده را برای اطمینان از تعادل مناسب متیلاسیون در سلول راه‌اندازی کرده است.
متیلاسیون RNAهای پیک در این توالی‌های خاص در دهه ۱۹۷۰ توسط دانشمندانی از جمله یولی شایبلر (Ueli Schibler)، استاد سابق دانشگاه ژنو، کشف شد و پس‌ازآن فراموش شد. ۴۰ سال طول کشید تا در سال ۲۰۱۲ محققان مجدداً به اهمیت آن در تنظیم ژن پی بردند. با این مطالعه، دانشمندان گروه زیست‌شناسی مولکولی نقش اساسی متیلاسیون در کنترل پیرایش در پاسخ به تغییرات محیطی را برجسته کردند.
Orginal Reference: Mendel M, Delaney K, Pandey RR, et al. Splice site m۶A methylation prevents binding of U2AF35 to inhibit RNA splicing. Cell. doi:10.1016/j.cell.2021.03.062.
منبع: technologynetworks