أيُّها البروتين، صحِّحْ نفسك!

تخيَّلْ أنك اشتريتَ شريط كاسيت من متجر للموسيقى السحرية في حارة دياجون، وكان هذا الشريط يحتوي بداخله على شريط مغناطيسي قديم الطراز. تخيَّلْ أنكَ أخذتَه إلى المنزل، وفتحتَ العلبة، ثم لاحظتَ كتلةً معقودةً من الشريط تتدلَّى خارجه، ثم تلتفُّ هذه الكتلة على هيئة مقصٍّ وتفصل نفسها عن بقية الشريط. ولكن لكي لا تتركك القطعة المنفصلة مع شريط كاسيت غير قابل للتشغيل، فإنها تستحضر فرشاة صغيرة وصمغًا، وتلصق الطرفين المنفصلين للشريط، قبل أن تذهب في طريقها. قد يبدو لك هذا أمرًا مثيرًا للجنون، ولكن لو استبدلت بالشريط المغناطيسي شريط الحمض النووي الريبي (آر إن إيه)، أو البروتين في واقع الأمر، فسيبدو هذا منطقيًّا.

كانت الإنتئينات — وهي بروتينات تتمتع بالقدرة على تضفير نفسها — تُعتبَر من الأمور الغريبة إلى حدٍّ ما حتى عام ١٩٩٦. وداخل التسلسل الجينومي ﻟ «المكورة الميثانية الجاناشية» — وهو أول جينوم من مملكة العتائق — تم اكتشاف ١٨ تسلسلًا في ١٤ جينًا مختلفًا؛ مما يضاعف عدد الأمثلة المعروفة. تشبه الإنتئينات إنترونات الحمض النووي الريبي؛ إذ تستطيع أن تقص نفسها وتحرِّرها من رابطة طويلة لمتعدد الببتيدات، وأن تلحم الأجزاء المتبقية (التي تُسمَّى بالإكستينات والشبيهة بإكسونات الحمض النووي الريبي). إلا أن هذه العملية لم تُكتشَف حتى عام ١٩٩٠، ولم تلقَ اهتمامًا كبيرًا كالذي حظيت به عملية تضفير الحمض النووي الريبي.

لاختبار صحة هذه الفرضية، أحدَثَ الباحثون طفرات في الجزء الأوسط من الحمض النووي الرسول؛ مما أدَّى إلى ترحيل في القراءة، أيْ إلى خطأ في تقسيم شريط النيوكليوتيدات (الحروف) إلى كلمات مكوَّنة من ثلاثة حروف تحدِّد الأحماض الأمينية المفترض دمجها في البروتين. وهذا النوع من الطفرات لا يؤثِّر على الكلمة التي يَحدُث فيها فحسب، بل يتعرض أيضًا النصُّ كله الموجود خلفه للتشويه. لو كان قد حدث تضفير على مستوى الحمض النووي الرسول، فإن طفرةَ تغيُّر الإطار لم تكن ستؤثِّر إلا على الإنترون المقطوع من الحمض النووي الرسول، في حين ستظل الإكسونات المُضفَّرة محتفظةً بالإطار الصحيح. لهذا السبب، يجب عدم إحداث طفرات إلا في البروتين الذي جرى تشفيره بالمقطع الأوسط، وليس في البروتين الذي جرى تشفيره بالمقاطع الخارجية. ومع هذا، فقد اكتُشِف أن كلا البروتينين قد تأثَّرَا بطفرة تغيُّر الإطار، (بالطبع، يجب أن يأخذ المرء حذره من ألَّا تؤثِّر الطفرات الموجودة في الجزء الأوسط على تفاعل التضفير، وهو ما يمكن تأكيده بالأوزان الجزيئية للبروتينين الناتجين.) إلا أن الباحثين فشلوا في عزل البروتين الطليعي غير المشقوق؛ مما دفعهم إلى الشك في أن التضفير قد يكون عمليةً ذاتيةَ التحفيز. في هذه الحالة، سيعمل البروتين نفسه على تسريع تفاعُل التضفير لدرجة أنه سيكون من المستحيل الإمساك بناتج الترجمة الأصلي.

بالإضافة إلى قدرة الإنتئينات على التضفير الذاتي، فإنها تشترك مع إنترونات معينة في مزيدٍ من الخصائص؛ أو بشكل أكثر تحديدًا، مع بروتينات معينة ناتجة عن ترجمة الإنترون. ويعمل كلاهما كنيوكليز داخلي؛ مما يعني أنهما يستطيعان التعرُّفَ على تسلسلات معينة للأحماض النووية، وقصَّ الحمض النووي عند موضع محدَّد داخل هذه التسلسلات أو بالقرب منها. وهما يختصان بمقاطع الحمض النووي التي تميِّز الجين «الأصلي»، ولكنهما يفتقران إلى تسلسل الإنترون أو الإنتئين. وهكذا، فإنهما يقصَّان الجينَ عند الموضع المطابِق، وبالتالي يحفِّزان آلية «الإصلاح»، التي قد تستعين بنسخةٍ من الجين تحتوي على إنترون/إنتئين كقالب نموذجي، فتُنتج بذلك التسلسُل الدخيل وتضيفه إلى الجين.

لم تُثبَت هذه العملية — التي كانت تُعرَف سابقًا باسم «توطين الإنترون» — بهذه الدرجة إلا لهذه الإنتئينات الأربعة المعروفة، ومع ذلك، يُستنتَج من المقارنات بين التسلسلات أن جميع الإنتئينات المعروفة مرتبطة على الأقل بالنيوكليزات الداخلية، حتى لو خسر بعضها وظيفة التوطين خلال تطوُّره الأخير. كما يوحي التوزيع المتفاوت لتسلسلات الإنتئين بين سلالات ممالك الحياة الثلاث جميعًا بأن نشاط النيوكليز الداخلي هذا قد أتاح انتشارَ الإنتئينات بسهولة بفضل الانتقال الجيني الأفقي (أي الانتقال بين السلالات الحديثة).

لماذا قامت الإنترونات والإنتئينات الذاتية التضفير بتطوير وظيفة النيوكليزات الداخلية الخاصة بالتوطين؟ حسنًا، ربما طُرِح هذا السؤال على نحو معكوس، إذا عكسته فستكون الإجابة واضحة. لماذا تتسم النيوكليزات الداخلية الخاصة بالتوجيه بالتضفير الذاتي، سواء على مستوى الحمض النووي الريبي أو البروتين؟ من المحتمَل أن يكون الإنزيم القادر على قصِّ جين ليضع فيه محتواه الجيني مُهلِكًا لأية خلية؛ إذ إنه سيدمِّر في وقتٍ ما جينًا مهمًّا. ولكن لو أمكن إصلاحُ الضرر عند مستوى الحمض النووي الريبي أو البروتين، عن طريق التسلسل الدخيل الذي يحفِّز تفاعُلَ التضفير ليعيد بناء المنتج الأصلي، فسيكون كل شيء على ما يرام.

وهكذا، فإن نشاط الإنترون أو الإنتئين هو الحالة التي يجب أن يصل إليها أي عنصر جيني متحرِّك لكي تتقبَّلَه الخلية. ولو فشل في هذا، فإنه سيدمِّر خليته المضيفة ولن تبقى له سوى فرصة واحدة للنجاة؛ أَلَا وهي اكتساب القدرة على إصابة الخلايا الأخرى، وبالتالي يصبح من الفيروسات. لهذا، فعلى الأرجح أنه ليس من قبيل المصادفة أن يكون التصحيح الذاتي على مستوى البروتين ملحوظًا على نحو شائع في الفيروسات. فالمادة الجينية، على سبيل المثال، لفيروس نقص المناعة البشرية (إتش آي في) المسبِّب لمرض الإيدز؛ تقوم بتشفير رابطة طويلة من متعدِّد الببتيدات تحتوي على جميع البروتينات الفيروسية مترابطة معًا. ويعمل نشاط البروتياز الخاص بفيروس نقص المناعة البشرية الموجود في هذا البروتين المتعدد على انقسام الجزيء لتكوين البروتينات المطلوبة.

ربما يكون «الهدف» البيولوجي من الإنتئينات (التي من الواضح أنها عديمة الفائدة بالنسبة إلى الخلية، وتعيش فقط لأنها تساعد في نشر جيناتها دون أن تضرَّ الخليةَ كثيرًا) هو النظر إليها بصفتها بشيرًا تطوريًّا أو بديلًا مسالمًا للفيروسات. ويجب أن يبقيها المرء بالتأكيد تحت الملاحظة.