מיפוי אתרי ההיצמדות של מולקולות RNA מראה כי תצורות אלה יוצרות צופן נוסף, המסייע לתהליך ייצור החלבונים
גדילי הדי-אן-אי בגנום מותאמים ליצירת צורה של סליל כפול, אך מה בנוגע למולקולות האר-אן-אי החד-גדיליות שמועתקות מהם? גם הכימיה של “אותיות” רצף ה-RNA מסמנת להן לחפש בת זוג – שעשויה להיות אות אחרת על אותה מולקולה. בעקבות כך מסתלסל גדיל ה-RNA ונצמד לעצמו בתצורות דמויות סיכת ראש. מחקר חדש שביצעו במשותף מדענים במכון ויצמן למדע ובאוניברסיטת סטנפורד, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature, הראה כי לתצורות אלה ישנם תפקידים רבים. נראה שהן מתפקדות כמעין “סימון” על גבי הקוד הגנטי עצמו, וכך מסייעות למנגנוני ייצור החלבונים שבתא לקרוא אותו.
באחד מהמחקרים המקיפים ביותר שנעשו על מבנה ה-RNA בתאים אנושיים מיפו פרופ’ ערן סגל ותלמיד המחקר אוהד מנור, מהמחלקה למדעי המחשב ולמתמטיקה שימושית והמחלקה לביולוגיה מולקולריות של התא במכון ויצמן, ביחד עם פרופ’ הווארד צ’אנג מאוניברסיטת סטנפורד, את המערך הכולל של תצורות אר-אן-אי בתאים של שלושה אנשים. המדענים השתמשו בשיטה שפיתחו בשנת 2010, עליה נרשם פטנט, המאפשרת לאתר את האזורים ברצף ה-RNA שנצמדים זה לזה, ואת אלה שנשארים חופשיים. מדובר בשיטה סטטיסטית, המעניקה “ציון” לכל אזור ב-RNA , בהתאם לסיכוי שיתאים וייצמד לאזור אחר. בדיקה של למעלה מ-160 מיליון מקטעי אר-אן-אי מכל אדם – המסתכמים באלפי מולקולות RNA – איפשרה ליצור מפת אינטראקציות טופוגרפית של מערך מולקולות ה-RNA בתא.
“כשהסתכלנו בעיבוד הגראפי של ‘ציוני ההיצמדות’, מספר דברים בלטו לעין מיד”, אומר פרופ’ סגל. “לדוגמה, יכולנו לראות בצורה ברורה מאוד את השיפועים החדים בנקודות ה’התחל’ וה’עצור’ של הגן, שתוחמים את איזור פעילותו”. שיפועים אלה – המציינים אזורים לא מצומדים בגדיל המקופל – הם העיקולים של “סיכת הראש” והבליטות שבמבנה המולקולה. המדענים גילו סוגים נוספים של “סמלים” באר-אן-אי המקופל, למשל, באזורים שבהם המכונות התאיות חותכות את רצף ה-RNA. לדברי פרופ’ סגל, סימון זה, שאפשר לדמות לכתב ברייל, עשוי להיות שימושי למנגנונים כדוגמת הריבוזום (המייצר חלבונים על פי רצף האר-אן-אי), משום שבאמצעותו הוא יכול למצוא בקלות את מקומו על המולקולה הארוכה, מבלי שיצטרך לחפש את קבוצת האותיות (נוקלאוטידים) המתאימה. למעשה, הסימונים שיוצרים קיפולי ה-RNA עשויים להוות קוד נוסף לקודון המשולש אשר מסמן את חומצות האמינו. למשל, כל ציוני ההיצמדות הצביעו על דפוס של צימוד חזק מדי שלושה נוקלאוטידים, שעשוי לסמן את תחילתו של קודון לחומצה אמינית חדשה.
שלוש הדוגמאות נלקחו מזוג הורים וילד, עובדה שאיפשרה למדענים לשאול מספר שאלות הנוגעות לתצורת ה-RNA ולתורשה. לדוגמה, כל אחד מאיתנו נושא וריאציות זעירות של אות אחת או שתי אותיות, הפזורות ברחבי הגנום שלנו, המוכרות כ”פולימורפיזם של נוקלאוטיד בודד” (SNPs). כיצד משפיעה ההחלפה של נוקלאוטיד יחיד? השוואת ציוני הצימוד של האם, האב והילד הראתה, כי תצורתם של כ-15 אחוזים ממולקולות ה-RNA המכילות רצפי SNPהייתה שונה במידה משמעותית בשלושת הדוגמאות; כלומר, במידה שיש בה כדי להשפיע משמעותית על תיפקוד החלבון הנוצר מהן. המדענים כינו תצורות אלו בשם RiboSNitches.
צוות המדענים סימן את ה-RiboSNitch שאותרו על מפת ה-RNA שיצרו. המיקומים בהם אותרו רצפי ה-RNA החלופיים רמזו, כי ה- RiboSNitch עשויים למלא תפקיד מכריע בוויסות התהליך שבו הקוד הגנטי מתורגם לחלבון. מיקומם על המפה רומז עוד, כי חלק מה-RiboSNitch עשוי להיות מעורב בתהליכים ביולוגיים חשובים, ובכך לסייע בעתיד בהבנת תהליכי מחלות שונות.
