معظم الطفرات الجينية "الصامتة" ضارة وليست محايدة - وهو اكتشاف له آثار واسعة النطاق

^{8 يونيو 2022}

^ScienceDaily

^{مصدر:جامعة ميشيغان}

^{د. سالم موسى القحطاني}

^ملخص:

^{من حين لآخر، تحدث أخطاء إملائية لحرف واحد في الشفرة الجينية، والمعروفة باسم طفرات النقطة. تسمى الطفرات النقطية التي تغير تسلسل البروتين الناتج طفرات غير مترادفة، بينما تسمى الطفرات التي لا تغير تسلسل البروتين الطفرات الصامتة أو المترادفة. ما بين ربع وثلث الطفرات النقطية في تسلسل الحمض النووي المشفر للبروتين مترادفة. حيث يُفترض عمومًا أن هذه الطفرات محايدة، أو تقريبًا كذلك. أظهرت دراسة جديدة تنطوي على التلاعب الجيني لخلايا الخميرة أن معظم الطفرات المترادفة ضارة للغاية.}

^{________________________________________}

^{في أوائل الستينيات من القرن الماضي، قام مارشال نيرنبرج ، خريج جامعة ميتشيغان ، وعدد قليل من العلماء الآخرين بفك الشفرة الجينية للحياة ، وتحديد القواعد التي يتم من خلالها ترجمة المعلومات الموجودة في جزيئات الحمض النووي إلى بروتينات ، وهي الأجزاء العاملة في الخلايا الحية.}

^{حددوا الوحدات المكونة من ثلاثة أحرف في تسلسل الحمض النووي، والمعروفة باسم الكودونات ، التي تحدد كل من الأحماض الأمينية العشرين التي تشكل البروتينات ، والتي شارك نيرنبرغ فيما بعد في جائزة نوبل مع اثنين آخرين.}

^{من حين لآخر ، تحدث أخطاء إملائية من حرف واحد في الشفرة الجينية ، والمعروفة باسم طفرات النقطة. تسمى الطفرات النقطية التي تغير تسلسل البروتين الناتج طفرات غير مترادفة ، بينما تسمى الطفرات التي لا تغير تسلسل البروتين الطفرات الصامتة أو المترادفة.}

^{ما بين ربع وثلث الطفرات النقطية في تسلسل الحمض النووي المشفر للبروتين مترادفة. منذ أن تم كسر الشفرة الجينية ، تم افتراض أن هذه الطفرات بشكل عام محايدة ، أو تقريبًا هي كذلك.}

^{لكن في دراسة من المقرر نشرها على الإنترنت في 8 حزيران (يونيو) في مجلة نيتشر التي تضمنت التلاعب الجيني لخلايا الخميرة في المختبر ، أوضح علماء الأحياء في جامعة ميتشيغان أن معظم الطفرات المترادفة ضارة للغاية.}

^{وفقًا لمؤلفي الدراسة ، فإن عدم الحياد القوي لمعظم الطفرات المترادفة - إذا وجد أنها صحيحة بالنسبة للجينات الأخرى وفي الكائنات الحية الأخرى - سيكون لها آثار كبيرة على دراسة آليات الأمراض البشرية ، والمحافظة على بيولوجيا السكان، وعلم الأحياء التطوري.} 

^{"منذ أن تم حل الشفرة الجينية في الستينيات، كان يُعتقد عمومًا أن الطفرات المترادفة حميدة. يبدو الآن أن هذا الاعتقاد خاطئ ،"وفق كبير مؤلفي الدراسة Jianzhi "George" Zhang} 

^{"نظرًا لأن العديد من الاستنتاجات البيولوجية تعتمد على افتراض أن الطفرات المترادفة محايدة ، فإن إبطالها له آثار واسعة. على سبيل المثال ، يتم تجاهل الطفرات المترادفة عمومًا في دراسة الطفرات المسببة للأمراض ، ولكنها قد تكون آلية شائعة ومُستهان بها."}

^{في العقد الماضي ، أشارت الأدلة القصصية إلى أن بعض الطفرات المترادفة غير محايدة. أراد تشانغ وزملاؤه معرفة ما إذا كانت مثل هذه الحالات هي الاستثناء أو القاعدة.}

^{لقد اختاروا معالجة هذا السؤال في الخميرة الناشئة (Saccharomyces cerevisiae) لأن وقت تكوين الكائن الحي "الجيل" قصير يمتد الى القصير (حوالي 80 دقيقة) وصغر حجمه سمح لهم بقياس آثار عدد كبير من الطفرات المترادفة بسرعة نسبيًا وبدقة وسهولة عبر الاجيال.}

^{استخدموا تحرير الجينوم CRISPR / Cas9 لبناء أكثر من 8000 سلالة من الخميرة الطافرة, تحمل كل منها طفرة مترادفة أو غير مترادفة أو غير منطقية في واحد من 21 جينًا استهدفها الباحثون.}

^{ثم قاموا بقياس "ملاءمة" كل سلالة متحولة عن طريق قياس مدى سرعة تكاثرها بالنسبة إلى السلالة غير الطافرة. تشير قدرة الكائن المناسب وفق الداروينية ، ببساطة ، إلى عدد النسل الذي يمتلكه الفرد. في هذه الحالة ، أظهر قياس معدلات التكاثر لسلالات الخميرة ما إذا كانت الطفرات مفيدة أم ضارة أم محايدة.}

^{ولدهشتهم، وجد الباحثون أن 75.9٪ من الطفرات المترادفة كانت ضارة بشكل كبير ، بينما كانت 1.3٪ مفيدة بشكل كبير.}

^{قال المؤلف الرئيسي للدراسة Xukang Shen ، مساعد باحث طالب دراسات عليا في مختبر Zhang ، "تبين أن الحكايات السابقة للطفرات المترادفة غير المحايدة هي قمة جبل الجليد".}

^{"لقد درسنا أيضًا الآليات التي تؤثر من خلالها الطفرات المترادفة على اللياقة البدنية ووجدنا أن سببًا واحدًا على الأقل هو أن الطفرات المترادفة وغير المترادفة تغير مستوى التعبير الجيني ، ويتنبأ مدى تأثير هذا التعبير بتأثير تناسبية الكائن للعيش والاستمرار".}

^{قال تشانغ إن الباحثين كانوا يعرفون مسبقًا ، بناءً على التقارير القصصية ، أن بعض الطفرات المترادفة من المحتمل أن تكون غير محايدة.}

^{وقال "لكننا صدمنا بالعدد الكبير من هذه الطفرات". "تشير نتائجنا إلى أن الطفرات المترادفة لها نفس أهمية الطفرات غير المرادفة في التسبب في المرض وتدعو إلى تعزيز الجهود في التنبؤ وتحديد الطفرات المترادفة المسببة للأمراض."}

^{قال الفريق الذي يقوده UM إنه في حين لا يوجد سبب معين  لماذا نتائجنا كانت مختصرة  على الخميرة، والمطلوب أبحاث ودراسات على الكائنات الحية المتنوعة مطلوبة للتحقق والتأكيد من عمومية النتائج التي توصلنا إليها.}

^{المؤلفان الآخران لدراسة الطبيعة هما Siliang Song من قسم U-M لعلم البيئة وعلم الأحياء التطوري وشوان لي من جامعة ستانفورد. تم دعم العمل من خلال منحة  قدمت   Zhangمن المعاهد الوطنية الأمريكية للصحة.}

^{Most 'silent' genetic mutations are harmful, not neutral -- a finding with broad implications -- ScienceDaily}

^{Story Source:}

^{Materials provided by University of Michigan. Note: Content may be edited for style and length.}

^{Journal Reference:}

^{Xukang Shen, Siliang Song, Chuan Li & Jianzhi Zhang. Synonymous mutations in representative yeast genes are mostly strongly nonneutral. Nature, 2022 DOI: 10.1038/s41586-022-04823-w}