زیست شناسی مدرن با منحصر به فرد بودن و مقیاس اکتشافات خود شگفت زده می شود. امروزه این علم بیشتر فرآیندهایی را که از چشم ما پنهان مانده است، مطالعه می کند. این برای زیست شناسی مولکولی قابل توجه است - یکی از حوزه های امیدوارکننده ای که به کشف پیچیده ترین اسرار ماده زنده کمک می کند.
رونویسی معکوس چیست
رونویسی معکوس (به اختصار RT) یک فرآیند خاص مشخصه اکثر ویروس های RNA است. ویژگی اصلی آن سنتز یک مولکول DNA دو رشته ای بر اساس RNA پیام رسان است.
OT مشخصه باکتری یا موجودات یوکاریوتی نیست. آنزیم اصلی، ریورستاز، نقش کلیدی در سنتز DNA دو رشته ای ایفا می کند.
تاریخچه کشف
این ایده که یک مولکول اسید ریبونوکلئیک می تواند به الگویی برای سنتز DNA تبدیل شود تا دهه 1970 پوچ تلقی می شد. سپس بالتیمور و تمین، با کار جداگانه از یکدیگر، تقریباً به طور همزمان یک آنزیم جدید کشف کردند. آنها آن را پلیمراز DNA وابسته به RNA یا رونوشت معکوس نامیدند.
کشف این آنزیم بدون قید و شرط وجود موجودات را تایید کردقابلیت رونویسی معکوس هر دو دانشمند در سال 1975 جایزه نوبل را دریافت کردند. پس از مدتی، انگلهارت یک نام جایگزین برای ترانس کریپتاز معکوس پیشنهاد کرد - revertase.
چرا OT با جزم اصلی زیست شناسی مولکولی در تضاد است
Dogma مرکزی مفهوم سنتز پروتئین متوالی در هر سلول زنده است. چنین طرحی از سه جزء ساخته شده است: DNA، RNA و پروتئین.
طبق عقیده مرکزی، RNA را می توان منحصراً بر روی الگوی DNA سنتز کرد و تنها در این صورت RNA در ساخت ساختار اولیه پروتئین نقش دارد.
این جزم قبل از کشف رونویسی معکوس به طور رسمی در جامعه علمی پذیرفته شده بود. جای تعجب نیست که ایده سنتز معکوس DNA از RNA مدتهاست که توسط دانشمندان رد شده است. تنها در سال 1970، همراه با کشف ریورستاز، پایانی بر این موضوع بود که در مفهوم سنتز پروتئین منعکس شد.
Revertase رتروویروس های پرندگان
فرایند رونویسی معکوس بدون مشارکت DNA پلیمراز وابسته به RNA کامل نمی شود. Revertase رتروویروس پرندگان تا به امروز به حداکثر میزان مورد مطالعه قرار گرفته است.
تنها حدود 40 مولکول از این پروتئین را می توان در یک ویریون از این خانواده از ویروس ها یافت. پروتئین از دو زیر واحد تشکیل شده است که به تعداد مساوی هستند و سه عملکرد مهم معکوس را انجام می دهند:
1) سنتز یک مولکول DNA هم بر روی یک الگوی RNA تک رشته ای/دو رشته ای و هم بر اساس اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک.
2) فعال سازی RNase H که نقش اصلی آن استبرش مولکول RNA در کمپلکس RNA-DNA.
3) تخریب بخش‌هایی از مولکول‌های DNA برای قرار دادن در ژنوم یوکاریوتی.
مکانیسم OT
مراحل رونویسی معکوس ممکن است بسته به خانواده ویروس ها متفاوت باشد، به عنوان مثال. در مورد نوع اسیدهای نوکلئیک آنها.
بیایید ابتدا ویروس هایی را که از reversetase استفاده می کنند در نظر بگیریم. در اینجا فرآیند OT به 3 مرحله تقسیم می شود:
1) سنتز رشته RNA "-" روی الگوی "+" رشته RNA.
2) تخریب رشته "+" RNA در کمپلکس RNA-DNA با استفاده از آنزیم RNase H.
3) سنتز یک مولکول DNA دو رشته ای روی الگوی "-" زنجیره RNA.
این روش تولید مثل ویریون برای برخی از ویروس های انکوژنیک و ویروس نقص ایمنی انسانی (HIV) معمول است.
شایان ذکر است که برای سنتز هر اسید نوکلئیک روی یک الگوی RNA، به دانه یا آغازگر نیاز است. پرایمر دنباله کوتاهی از نوکلئوتیدها است که مکمل انتهای 3' یک مولکول RNA (الگو) است و نقش مهمی در شروع سنتز دارد.
وقتی مولکول‌های DNA دو رشته‌ای آماده با منشأ ویروسی در ژنوم یوکاریوتی ادغام می‌شوند، مکانیسم معمول سنتز پروتئین ویریون شروع می‌شود. در نتیجه، سلول "اسیر" توسط ویروس به یک کارخانه تولید ویریون تبدیل می شود، جایی که پروتئین و مولکول های RNA لازم در مقادیر زیادی تشکیل می شوند.
راه دیگری برای رونویسی معکوس بر اساس عمل RNA سنتتاز است. این پروتئین در پارامیکسو ویروس ها، رابدویروس ها، پیکورنوویروس ها فعال است. در این مورد، مرحله سوم OT - تشکیل وجود نداردDNA دو رشته ای، و در عوض، یک زنجیره RNA "+" روی الگوی زنجیره RNA ویروسی "-" سنتز می شود و بالعکس.
تکرار چنین چرخه هایی هم به تکثیر ژنوم ویروس و هم به تشکیل mRNA که قادر به سنتز پروتئین در شرایط یک سلول یوکاریوتی آلوده است منجر می شود.
اهمیت بیولوژیکی رونویسی معکوس
فرایند OT در چرخه زندگی بسیاری از ویروس ها (عمدتاً رتروویروس هایی مانند HIV) از اهمیت بالایی برخوردار است. RNA یک ویریون که به یک سلول یوکاریوتی حمله کرده است به الگویی برای سنتز اولین رشته DNA تبدیل می شود که تکمیل رشته دوم روی آن کار دشواری نیست.
DNA دو رشته ای ویروس به دست آمده در ژنوم یوکاریوتی ادغام می شود که منجر به فعال شدن فرآیندهای سنتز پروتئین ویریون و ظهور تعداد زیادی از کپی های آن در داخل سلول آلوده می شود. این ماموریت اصلی Revertase و OT به طور کلی برای ویروس است.
رونویسی معکوس همچنین می تواند در یوکاریوت ها در زمینه رتروترانسپوزون ها رخ دهد - عناصر ژنتیکی متحرک که می توانند به طور مستقل از بخشی از ژنوم به قسمت دیگر منتقل شوند. به گفته دانشمندان، چنین عناصری باعث تکامل موجودات زنده شدند.
رتروترانسپوزون کششی از DNA یوکاریوتی است که چندین پروتئین را کد می کند. یکی از آنها، ریورستاز، به طور مستقیم در جابجایی چنین رتروترانسپوروزون دخیل است.
استفاده از OT در علم
از لحظه ای که ریورستاز به شکل خالص خود جدا شد، فرآیند رونویسی معکوس توسط زیست شناسان پذیرفته شد.مطالعه مکانیسم OT همچنان به خواندن توالی مهم ترین پروتئین های انسانی کمک می کند.
واقعیت این است که ژنوم یوکاریوت ها، از جمله ما، حاوی مناطق غیر اطلاعاتی به نام اینترون است. هنگامی که یک توالی نوکلئوتیدی از چنین DNA خوانده می شود و یک RNA تک رشته ای تشکیل می شود، دومی اینترون ها و کدهای منحصراً برای پروتئین را از دست می دهد. اگر DNA با استفاده از ریورستاز روی یک الگوی RNA سنتز شود، توالی یابی آن و یافتن ترتیب نوکلئوتیدها آسان است.
اسید نوکلئیک که توسط ترانس کریپتاز معکوس تشکیل شده است cDNA نامیده می شود. اغلب در واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) برای افزایش مصنوعی تعداد کپی کپی cDNA حاصل استفاده می شود. این روش نه تنها در علم، بلکه در پزشکی نیز استفاده می شود: دستیاران آزمایشگاه شباهت چنین DNA را با ژنوم باکتری ها یا ویروس های مختلف از یک کتابخانه مشترک تعیین می کنند. سنتز ناقل ها و ورود آنها به باکتری ها یکی از زمینه های امیدوار کننده زیست شناسی است. اگر از RT برای تشکیل DNA انسان و سایر ارگانیسم ها بدون اینترون استفاده شود، چنین مولکول هایی می توانند به راحتی وارد ژنوم باکتری شوند. بنابراین دومی تبدیل به کارخانه ای برای تولید مواد لازم برای یک فرد (مثلا آنزیم ها) می شود.
