الفصل الثالث عشر

لا تُوقِفني الآن!

أحيانًا أقرأ عن أمورٍ في المطبوعات العلمية تبدو غريبة لدرجةٍ يستحيل معها تصديقها؛ فأتوقَّف لحظةً وأرجع إلى الغلاف. أجل، إنها فعلًا مجلة «نيتشر»، وهذا ليس عدد الأول من أبريل (أي إنها ليست كذبة أبريل)، ولست أحلم أيضًا. إحدى هذه الحالات كانت عبارة عن ثلاثة أبحاث ظهرت عام ٢٠٠٤، تصف كيف أدَّى التطور البيولوجي إلى طرح أنظمة شديدة التعقيد تتتبع إنزيمًا ناسخًا جامحًا وتُوقِف عمله. لا بد أن هذا أمر غير مُختلق. وبالنسبة إليَّ، تُعتبَر بالطبع هذه الموضوعات الغريبة مبررًا يدفعني إلى الجنون بعض الشيء أنا أيضًا …

من الجيد دائمًا أن تعرف متى تتوقَّف؛ فلو كنتُ أنا — مثلًا — أنوي الاستفاضة في الجملة السابقة، حتى بعد أن أوضحتُ وجهةَ نظري، كنتُ سأواصِل إضافةَ المزيد والمزيد من الكلمات، ليصبح كلامي غير مفهوم أكثر فأكثر، بينما ستبدأ أنت في الاعتقاد بأنني على وشك أن أفقد عقلي، وستسأل نفسك لماذا لا يتوقَّف؟ هل يعتقد أنه يكتب ملحمة «الأوديسة»؟! وهكذا، سيكون الأمر مضيعةً كبيرةً للوقت والموارد.

لكن المثير للدهشة أن هذا بالضبط ما يفعله الإنزيم الذي ينسخ جيناتنا إلى الحمض النووي الريبي الرسول (آر إن إيه) RNA. يحتوي كل جين على إشارات واضحة للطرف الذي على وشك التكوُّن، وأولها تحديدًا هو كودون التوقُّف، وهو مجموعة من ثلاثة «حروف» تُنهِي عمليةَ تخليق البروتين، ثم الموضع المحدَّد بوضوحٍ حيث يُميَّز الحمض النووي الريبي الرسول المكتمِل بملحق يُعرَف باسم الذيل العديد الأدينين. ومع هذا، فإن إنزيم النَّسْخ هذا، واسمه بوليمريز الحمض النووي الريبي ٢، يميل إلى تجاوُز إشارتَي التوقُّف كلتيهما ومواصلة إنتاج الحمض النووي الريبي العديم الفائدة، حتى بعد قطع الحمض النووي الرسول المطلوب وفصله كي يخضع لمزيدٍ من المعالجة. وحتى الآن، لم يجد الباحثون جزءًا محدَّدًا في شفرة الحمض النووي منقوص الأكسجين بإمكانه إيقاف هذا الإنزيم.

في عام ٢٠٠٤، ذكرت عدة فِرَق بحثية طرقًا تستطيع بها الخليةُ إيقافَ البوليمريز عن إهدار المكونات الأساسية للنيوكليوتيدات (بعد دراسة خلية كلٍّ من الإنسان والخميرة لهذا الغرض). وقد وجدوا أدلةً تشير إلى شيء كان حتى الآن محلَّ جدالٍ بصفته افتراضًا غير معقول، وتحديدًا آلية الطوربيد. وبناءً على هذا الافتراض، فإن الإنزيم الذي يهضم الحمض النووي الريبي — ويُعرَف باسم إنزيم النيوكليز الخارجي — يتعرَّف على الطرف المعلَّق من الحمض النووي الريبي الزائد ويبدأ في قطعه. (يجب أن تبدأ إنزيمات النيوكليز الخارجي من الخارج؛ أيْ من طرفٍ ذي نوعٍ خاصٍّ، في حين تستطيع إنزيمات النيوكليز الداخلي هضمَ الحمض النووي الريبي من المنتصف.) ومع تقدُّمِ إنزيم النيوكليز الخارجي على نحوٍ أسرع من البوليمريز، سيتمكَّن الأول من اللحاق بالثاني في نهاية المطاف، وسيجعله يتوقَّف بطريقةٍ تُعتبَر حتى الآن غير محدَّدة.

درس فريق ستيفن بوراتكاوسكي من جامعة هارفرد هذه الظاهرةَ في «خميرة الخبز»؛ حدَّدَ الباحثون إنزيم النيوكليز الخارجي «آر إيه تي ١» Rat1 وبروتينين مساعدين يربطان إنزيم «آر إيه تي ١» بالبوليمريز كي يستطيع أن يراقِبَ آلةَ النَّسْخ، ويتدخل بمجرد أن تبدأ في إنتاج حروفٍ غير مرغوبٍ فيها. يمكن للخميرة أن تعيش دون إنزيم «آر إيه تي ١»، ولكنها ستُنتِج قدرًا هائلًا من الحمض النووي الريبي غير الدالِّ (كلا، ليس له علاقة بالكحول الذي تنتجه الخميرة!) إذا تعطَّلَتْ وظيفة إنزيم «آر إيه تي ١» بسبب استبدال حمض أميني واحد فقط، فسيستمر تراكم الحمض النووي الريبي غير المرغوب فيه؛ مما يدعم بقوةٍ الافتراضَ بأن إنزيم «آر إيه تي ١» هو الإنزيم الهاضِم الذي يسعى وراء البوليمريز للَّحاق به وإيقافه.
fig8
شكل ١٣-١: صورة تخطيطية لآلية الطوربيد، التي يُعتقَد أن الخلايا تستخدمها عندما يستمرُّ تخليقُ الحمض النووي الريبي إلى ما بعد نهاية التسلسل.

يبدو أن ثمة آلية مماثلة في الخلايا البشرية، إلا أن فريق نيك براودفوت وألكسندر أكوليتشيف في كلية السير ويليام دان لعلم الأمراض بجامعة أكسفورد قد اكتشف بعض التعقيدات الإضافية؛ ففي جين واحد على الأقل من الجينات التي درسوها، يكوِّن الحمضُ النووي الريبي «الزائد» الذي أنتَجَه البوليمريز ريبوزيمًا قادرًا على التضفير الذاتي، وهو مقطع من الحمض النووي الريبي يعمل كإنزيم ويحفِّز استئصالَ نفسه من جديلة الحمض النووي الريبي. (لكن سيعترض المتزمِّتون بحجة أن الإنزيم أو الريبوزيم الذي يحفِّز نفسَه يهدِم التعريفَ التقليدي للمُحفِّز؛ إذ إنه لا يخرج من التفاعل بلا تغيير. وقد قرَّرَ معظم علماء الكيمياء الحيوية تجاهُل هذا التعقيد الفلسفي.)

يوجد لدينا نحن البشر إنزيم نيوكليز مماثِل لإنزيم «آر إيه تي ١» في الخميرة، واسمه «إكس آر إن ٢» Xrn2. درس ألكسندر أكوليتشيف وزملاؤه التعاونَ بين الريبوزيم وهذا النيوكليز، وباستخدام أبحاث الطفرات التفصيلية، ثبَّتوا أصغرَ مقطع حمض نووي ريبي مطلوب من أجل نشاط التضفير الذاتي الذي يقوم به الريبوزيم، واستطاعوا أن يبيِّنوا أن البوليمريز الهائج لا يمكن إيقافه إلا عندما يكون الريبوزيم عاملًا. من الواضح أن النيوكليز «إكس آر إن ٢» — على عكس إنزيم «آر إيه تي ١» في الخميرة — لا يتعرَّف على الحمض النووي الريبي الذي ينتج عند استئصال الحمض النووي الرسول المناسب، وبالتالي تكون وظيفة الريبوزيم هي إنتاج الطرف الذي يتعرَّف عليه النيوكليز بالفعل ويبدأ في هضمه؛ كما أنه لا يتعرَّف أيضًا على أيِّ موضعِ قطعٍ قديم للريبوزيم. عندما استبدَلَ الباحثون هذا الريبوزيم بالريبوزيم التقليدي ذي رأس المطرقة، رفَضَ النيوكليز طرفَ الحمض النووي الريبي الناتج أيضًا.

من غير المعروف حتى الآن عدد الجينات البشرية الأخرى التي تتطلَّب ريبوزيمًا لمساعدة النيوكليز «إكس آر إن ٢». بما أن الريبوزيم الذي اكتشَفَه باحثو أكسفورد إلى جوار جين الجلوبين كان شاذًّا، فإنه لم يكن ليظهر خلال عمليات بحث التسلسلات التي تفحص وجود مثل هذه العناصر.

ووصولًا إلى هذه النقطة أكون قد انتهيتُ من كتابة كل ما أعرفه عن هذا الموضوع، ولكن بما أن حاسوبي ما زال مفتوحًا وأنا مستمتع بالكتابة، فقد أواصِل أيضًا التفكيرَ فيما يمكن أن يحدث إذا كان حاسوبي يمتلك نسخةً إلكترونية من نيوكليز «آر إيه تي ١». ها أنا ذا قد تخطَّيْتُ نهايةَ مقالتي، ومع هذا ما زلت أثرثر، وقد تظهر أيقونة باكمان صغيرة في نافذة تحرير النص لتبتلع سلسلة الكلمات هذه، وتمضغ الحروف بسرعة تفوق قدرتي على كتابة كلمات جديدة، لدرجة أنها ستدركني بعد بضع دقائق وسأصبح مجبَرًا على «التوقُّف».

(٢٠٠٥)

أحدث التطورات

أحدثَتْ هذه الأبحاث الثلاثة ضجةً هائلة في عام ٢٠٠٤، ولكني لم أسمع أنباءً مهمة بشأن هذا المجال منذ ذلك الحين. ومن المحتمَل أن يستغرق شرحُ تفاصيل هذه الآلية والتحقُّق من مدى انتشارها بعضَ الوقت.

قراءات إضافية

  • M. Kim et al., Nature, 2004, 432, S. 517–522.
  • S. West et al, Nature, 2004, 432, S. 522–525.
  • A. Ramadass et aI., Nature, 2004, 432, S. 526–530.

جميع الحقوق محفوظة لمؤسسة هنداوي © ٢٠٢١