CALM/arwiki huggingface dataset:
بعد أن يرتبط بوليميراز الرنا بالمحفز وتتشكل فقاعة النسخ، يقوم البوليميراز بنسخ النوكليوتيدات الأولى بطريقة ساكنة دون أن يغادر تسلسل المحفز. بعد ذلك تفك عوامل النسخ ارتباطها ويبدأ إنزيم البوليميراز بالتقدم. ويتم النسخ في الاتجاه 5' إلى 3' باستخدام إحدى السلسلتين كقالب والريبونوكليوتيدات ثلاثية الفوسفات (ATP وGTP وCTP وUTP) كمواد أولية. في الكائنات الحية، تبلغ سرعة الاستطالة لدى الإشريكية القولونية حوالي 50 إلى 90 نوكليوتيد لكل ثانية.
آليات الإنهاء تختلف بشكل كامل بين البكتيريا وحقيقيات النوى، فلدى البكتيريا الآلية الرئيسية للإنهاء تكون بتدخل تسلسل خاص من الرنا يسمى المُنهي وهو مركب من ثلاث حلقات جذعية مستقرة متبوعة بسلسلة من وحدات اليوريدين (U). عندما يخلِّق بوليميراز الرنا هذا التسلسل يُحدث تطوي حلقة الرنا توقف البوليميراز. بعد ذلك يقوم الرنا الذي لم يعد متصلا بالسلسلة القالب سوى بعدة أزواج قاعدية A-U ضعيفة بالانفصال من دون تدخل العوامل البروتينية الأخرى، يمكن أن يحدث الإنهاء كذلك بتدخل عامل بروتيني محدد يسمى رهو (Rho).
لدى حقيقيات النوى إنهاء النسخ بواسطة بوليميراز الرنا 2 يكون مقترنا مع التذييل بعديد الأدينيلات. يقوم المنهي بإرسال إشارات تتعرف عليها بروتينات مصاحبة للبوليميراز 2 والتي تبدأ عملية الإنهاء بتوظيف بروتيني CPSF وCStF اللذان يتعرفان على إشارة التذييل بعديد الإدينيلات وإشارة قص الرنا، فيقومان بقص الرنا وعند انفصال البوليميراز 2 يقومان بتوظيف بوليميراز عديد الأدينيلات لإضافة ذيل عديد الإدينيلات.
دورة الرنا في الخلية.
تخزين ومراقبة الرنا في حبيبات الرنا.
الرنا الرسول الذي لا تتم ترجمته يتم تخزينه في العادة داخل حبيبات رنا، وتتواجد حبيبات الرنا هذه في الغالب بالسيتوبلازم وهي تكدسات كروية مميزة مكونة من الرنا والبروتينات. تُنظم حبيبات الرنا الترجمة وتحافظ على استقرار الرنا الرسول الموجود بداخلها، بالإضافة إلى الرنا الرسول يمكن أن تحتوي الحبيبات على الوحدات الفرعية الريبوسومية، عوامل الترجمة، الإنزيمات المسؤولة على تفكيك الرنا، مكونات تدخل الرنا، الهيليكازات، البروتينات البنيوية، وغيرها من البروتينات المرتبطة بالرنا، ومن أهم أنواعها:
حبيبات الخلية المنتشة: والتي تظهر أثناء تطور هذه الخلايا وتبقى فيها بعد أن تصبح خلية بيضية. تحتوي هذه الحبيبات على جزيئات رنا رسول محددة تشفر البروتينات الضرورية لتطور الجنين، وتخزنها على هيئة غير نشطة حتى تحتاج إليها الخلية لاحقا. فضلا عن ذلك، تحتوي حبيبات الخلايا المنتشة على جزيئات الرنا المستعملة في تدخل الرنا وبشكل خاص الرنا المتآثر مع بيوي والذي يعطل الينقولات ويمنع تضرر الجينوم.
حبيبات الإجهاد: تتشكل حين تتعرض الخلايا للإجهاد وتحتوي على جزيئات الرنا الرسول المشفرة للبروتينات الخلوية الشائعة. كما تحتوي هذه الحبيبات على ريبوسومات جاهزة لترجمة جزيئات الرنا الرسول، لكنها تكون مخزنة على هيئة غير نشطة طوال فترة الإجهاد لكى لا تتعرض للتضرر. تتآثر هذه الحبيبات في العادة مع أجسام P وتنقل إليها جزيئات الرنا لتقوم بتفكيكها.
أجسام P (الأجسام المعالجة): تتواجد في الخلايا الجسدية وتساهم في تفكك الرنا الرسول وتتوسط عملية إسكات الرنا باستخدام جزيئات الرنا الميكروي. ونظرا لقدرتها على تفكيك الرنا، تعمل كذلك على مراقبة جودة الرنا الرسول الخلوي.
الحبيبات العصبونية وتتواجد في العصبونات وتعمل على نقل الرنا الرسول إلى محواراتها. تحمل داخلها ريبوسوماتٍ وعوامل بدء الترجمة، لكن لا تتم الترجمة حتى تصل الحببيبة إلى المكان الصحيح. تلعب الحبيبات العصبونية دورا مهما في التجدد العصبي واضطرابات نقل الرنا الرسول بواسطتها تصاحبها اضطرابات عصبية.
تحلل الرنا.
تفكيك الرنا بواسطة الريبونوكلياز () هي عملية مراقبة وتنظيم تقوم بها الخلية لإزالة الرنا المتضرر أو الرنا الذي أدى وظيفته ولم تعد هنالك حاجة إليه، كما أنه آلية تستخدم في معالجة الرنا والدفاع ضد الفيروسات، فهو أساس أنظمة دفاعية أكثر تعقيدا مثل تدخل الرنا. بشكل عام، تتم عملية التفكيك إما من نهايتي جزيئة الرنا بواسطة النوكلياز الخارجي (يبدأ القص من النهاية 5' أو 3') أو بواسطة النوكلياز الداخلي أين يكون القص داخل السلسلة. توجد العديد من الريبونوكليازات ذات وظائف متداخلة، وكل رنا لا تتم معالجته ضد تأثيراتها يتم تفكيكه.
لدى البكتيريا تحدث عمليتي النسخ والترجمة في آن واحد وعمر النصف للرنا الرسول يتراوح بين ثانية وساعة. النهاية 5' للرنا محمية بمجموعة ثلاثية الفوسفات في النوكليوتيدة الأولى وإشارة البدء لعملية التفكيك هي قص جزيئتي فوسفات وإضافة ذيل عديد الأدينيلات. لدى حقيقيات النوى عمر النصف للرنا الرسول أطول ويتراوح بين دقائق إلى عدة أيام، واستقراره ومنع تحلله يتم بإضافة القبعة للنهاية 5' وذيل عديد الأدينيلات للنهاية 3' والارتباط ببروتينات نووية ريبوزية لتجنب وصول الريبونوكليازات إليه.
أكبر مركبات التفكيك هما الإكسوسوم لدى حقيقيات النوى وجسيم التفكيك لدى البكتيريا. ويحتوي هذان المركبان في العادة على نوكليازات داخلية وخارجية وفوسفوريلاز عديد النوكليوتيد الذي يقص قطع الرنا الصغيرة التي تنتجها النوكليازات الداخلية ويحولها إلى نوكليوتيدات. يساعد الهيليكاز في تحلل الرنا بفك تطوي البنية الثانوية للرنا. فضلا عن ذلك يحتوى جيسم التفكيك البكتيري على
بوليميراز عديد الأدينيلات ويحتوي الإكسوسوم على بروتينات مسؤولة على التعرف وإزالة استقرار مناطق في الرنا، مثل العنصر الغني بـAU
للرنا عدة وظائف خلوية أساسية منها:
يقوم الرنا الرسول بنقل المعلومة من الدنا إلى الريبوسوم وهو موقع تخليق البروتين (الترجمة) في الخلية، ويحدد تشفير تسلسله تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الناتج. مع ذلك العديد من جزيئات الرنا لا تشفر البروتين (حوالي 97% من جزيئات الرنا الناتجة عن النسخ غير مشفرة للبروتين لدى حقيقيات النوى.). يمكن تخليق جزيئات الرنا غير المشفرة مباشرة من جيناتها في الدنا، ويمكن كذلك أن تنتج من إنترونات الرنا الرسول. من أشهر الأمثلة على جزيئات الرنا غير المشفرة: الرنا الناقل والرنا الريبوسومي وكلاهما له دور في عملية الترجمة. يقوم الرنا غير المشفر بتنظيم التعبير الجيني ومعالجة الرنا وأدوار أخرى، بعض جزيئات الرنا قادرة على تحفيز تفاعلات كيميائية مثل القص والارتباط بجزيئات رنا أخرى، وتحفيز تكوين الرابطة الببتيدية في الريبوسوم.
الرنا الرسول.
لا تُستخدم المعلومة الوراثية الموجودة في الدنا من طرف الخلية مباشرة لتخليق البروتينات، بل تُستخدم نسخٌ مؤقتة منها تسمى الرنا الرسول. يحمل كل رنا رسول سيسترونا واحدا أو عدة سيسترونات أي نسخة من جين واحد أو عدة جينات (رنا رسول عديد السيسترونات). لا يحتوى الرنا الرسول سوى على معلومة إحدى سلسلتي الدنا، أي السلسلة القالب ولا يحتوي على معلومة السلسلة المكملة. يختلف تسلسل الجين المتواجد في الدنا عن نظيره في الرنا الرسول الناضج الذي تعرض إلى تعديلات أهمها التضفير الذي يزيل المناطق غير المشفرة. يُخلَّقُ الرنا الرسول في نواة الخلية ثم ينتقل إلى السيتوبلازم ليُترجم بواسطة الريبوسوم إلى بروتين، وعلى عكس الدنا الذي هو جزيء معمر يتواجد طوال فترة عمر الخلية، الرنا الرسول له فترة محدودة تتراوح بين عدة دقائق إلى عدة ساعة يتم بعدها تحليله وإعادة تدويره.
يتكون الرنا الرسول الناضج من ثلاث مناطق مميزة: منطقة 5' غير مترجمة (5′-UTR) تقع عكس التيار في السيسترون الذي يحملها، منطقة مشفرة، ومنطقة 3' غير مترجمة (3′-UTR). تحتوى المنطقة 5' غير المترجمة على إشارات الترجمة التي تسمح بتوظيف الريبوسوم على السيسترون، يساهم الرنا الناقل في عملية الترجمة بنقل وإحضار الأحماض الأمينية الضرورية للتخليق الحيوي للبروتين. داخل الريبوسوم تقوم جزيئات الرنا الناقل باستخدام ضد الكودون الخاص بها للارتباط بثلاث قواعد -أو كودونات- من تسلسل الرنا الرسول، وحين يكون الارتباط كودون-ضد الكودون صحيحا يضيف الريبوسوم الحمض الأميني المحمول بواسطة الرنا الناقل إلى سلسلة البروتين التي في طور التخليق. العلاقة بين الكودونات والأحماض الأمينية تشكل الشيفرة الجينية.
وظيفة الرنا الرسول متعددة، فهو يسمح بالحفاظ على مادة الدنا الأساسية من الاستخدام المباشر في الترجمة. يمنح تواجد الرنا الرسول للخلية آلية أساسية في تنظيم دورة إنتاج البروتين الذي يتغير الاحتياج الخلوي إليه حسب الوسط، نوع الخلية ومرحلة النمو، تنظيم نسخ الدنا إلى الرنا يتم بواسطة عوامل نسخ محددة تعمل على محفزات الجينات المستهدفة، فحين تبلغ كمية البروتين مستوى كافيا تُثبط عملية نسخ الرنا الرسول ويتم تحليله وتتوقف عملية إنتاج البروتين.
الرنا الناقل هو أحد أنواع الرنا القصير ويتراوح طوله بين 70 و100 نوكليوتيد ويقوم بنقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم أثناء الترجمة. بنيته ثلاثية الأبعاد على شكل ورقة النفل وتتكون من أربع حلقات جذعية، تحتوي إحدى هذه الحلقات على الكودون المضاد وهو ثلاث نوكليوتيدات ترتبط بكودونٍ أثناء ترجمة الرنا الرسول في الريبوسوم. الطرف المقابل لحلقة ضد الكودون يحمل الحمض الأميني الموافق للكودون ويكون مرتبطا بالرنا عبر رابطة إستر في النهاية . يُحفَّز تكوين رابطة الإستر هذه بواسطة إنزيمات خاصة تسمى مخلقات أمينوسيل الرنا الناقل. بمنظور ثلاثي الأبعاد، تتطوى بنية ورقة النفل الخاصة بالرنا الناقل على شكل حرف L يكون ضد الكودون في أحد الأطراف والحمض الأميني المؤستر في الطرف الآخر.
جميع الخلايا الحية تمتلك مجموعة من جزيئات الرنا الناقل المختلفة التي تحمل عدة أحماض أمينية وقادرة على قراءة عدة كودونات. تعتبر جزيئات الرنا "موائمات" بين التسلسل الجيني والبروتيني، وكان فرنسيس كريك هو من اقترح وجود مثل هذه الموائمات قبل اكتشافها سنة 1958.
الرنا الرسول الناقل.
الرنا الرسول الناقل (tmRNA) يتواجد لدى العديد من البكتيريا والبلاستيدات، ويقوم بوسم البروتينات المشفرة بواسطة جزيئات الرنا الرسول التي لاتملك كودون توقف ليتم تفكيكها ومنع الريبوسوم من التوقف عن العمل.
الرنا الريبوسومي.
الرنا الريبوسومي هو المكون الذي يقوم بالتحفيز في الريبوسومات. تحتوي ريبوسومات حقيقيات النوى على أربع جزيئات رنا ريبوسومي مختلفة وهي: 18S و 5.8S و28S و5S، ثلاثة منها تُخلََّق في النواة والرابعة تخلق في مكان آخر. يرتبط الرنا الريبوسومي بالبروتين في السيتوبلازم لتشكيل بروتين نووي يسمى الريبوسوم، يرتبط الريبوسوم بالرنا الرسول ويقوم بعملية تخليق البروتين. يمكن للعديد من الريبوسومات الارتباط برنا واحد في أي وقت. الرنا الريبوسومي سائد في معظم أنواع الخلايا ويشكل حوالي 80% من الرنا الخلوي.
الرنا المحفز أو الريبوزيم.
اكتُشِف الرنا الذي يملك قدرات تحفيزية في العقد 1980 بواسطة فريق توماس تشيك الذي عمل على إنترونات جين الرنا الريبوسومي لكائن أولي مهدب يسمى رباعية الغشاء، وبواسطة فريق سيدني ألتمان الذي درس الريبونوكلياز P وهو الإنزيم المسؤول عن نضوج الرنا الرسول. وحصل تشيك وسيدني على جائزة نوبل في الكيمياء سنة 1989 تقديرا لاكتشافهم هذا.
في هاذين الاكتشافين، كان الرنا وحده قادرا على تحفيز عملية قص أو أسترة معينة بغياب البروتينات. سُميت جزيئات الرنا المحفزة هذه ريبوزيمات لكونها إنزيمات تتكون من حمض نووي ريبوزي. إنترون رباعية الغشاء قادرٌ على التضفير الذاتي وكان ركيزة نفسه، في حين أن الريبونوكلياز P هو إنزيم يعمل على عدة ركائز.
بعد هذه اكتشافات الأولية تم اكتشاف العديد من الريبوزيمات الطبيعية:
بشكل عام، التطوي الخاص لهذه الريبوزيمات إلى بنى محددة هو ما يسمح لها بالتعرف على ركائزها وتحفيز تفاعلاتها، كما هو الحال عند الإنزيمات البروتينية.
رنا منظم.
أول منظِّمات التعبير الجيني المعروفة كانت بروتينات تسمى مثبطات ومنشطات، وهي منظمات ذات مواقع ارتباط قصيرة محددة داخل مناطق المعزز بالقرب من الجينات المراد تنظيمها. وُجد حديثا أن جزيئات الرنا تنظم التعبير الجيني كذلك، حيث توجد العديد من العمليات المعتمدة على الرنا لدى حقيقيات النوى تنظم التعبير الجيني في مختلف المراحل، مثل تداخل الرنا الذي يثبط الجينات بعد عملية النسخ، الرنا الطويل غير المشفر الذي يكبت تخليق مناطق من الكروماتين والرنا المُعزِّز الذي يزيد مقدار التعبير الجيني. فضلا عن هذه الآليات لدى حقيقيات النوى، وُجد أن كلا من البكتيريا والعتائق تستخدم جزيئات رنا معدلة على نطاق واسع. الرنا الصغير البكتيري ونظام كريسبر أمثلة على أنظمة الرنا المعدلة لدى بدائيات النوى. حصل فاير وميلو على جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء سنة 2006 لاكتشافهما الرنا الميكروي (miRNA) وهو جزيء رنا قصير يمكنه الترابط قاعديا مع جزيئات الرنا الرسول.
الرنا الدائري.
الرنا الدائري ويرمز له (circRNA) هو أحد أنواع الرنا منفردة السلاسل والتي تشكل -على عكس الرنا الخطي الشائع- حلقة تساهمية مغلقة تكون فيها النهايتان 3' و5' مترابطتان مع بعظهما. تمنح هذه الميزة العديد من الخصائص للرنا الدائري، والعديد من هذه الخصائص لم يتم اكتشافها إلا حديثا.
تنشأ جزيئات الرنا الدائرية من جينات مشفرة للبروتين، وقد صنفت على أنها رنا غير مشفر لكن ظهر حديثا أنها تشفِّر البروتينات. بعض الرنا الدائري أظهر احتمالا لكونه رنا منظم، ومثل العديد من المصاوغات غير المشفِّرة، الوظيفة البيولوجية لمعظم جزيئات الرنا الدائري غير واضحة لحد الآن.
لأن الرنا الدائري لا يملك النهايتين 5' و3' فهو مقاوم للتفكك بواسطة النوكلياز الخارجي، ويفترض أنه أكثر استقرار من معظم الرنا الخطي المتواجد في الخلايا.
رنا منظم لدى بدائيات النوى.
اعتُقد في البداية أن الرنا المنظِم خاصٌ بحقيقيات النوى فقط، وكان ذلك جزءا من تفسير ملاحظةِ أن النسخ لدى الكائنات العليا كان أكثر من المتوقع، لكن بمجرد بدء البحث عن الرنا المنظِم في البكتيريا اكتشف أنه موجود لديها كذلك. حاليا، الوفرة الطبيعية لآليات تنظيم التعبير الجيني بالرنا تُناقش على أنها حجة لصالح فرضية عالم الرنا. يعمل الرنا الصغير البكتيري عبر الترابط عكس الاتجاه مع الرنا الرسول لتنظيم الترجمة بإنقاصها، سواء بالتأثير على استقرارية الرنا الرسول أو قابلية الإرتباط مقرون. اكتشفت الريبوسويتشات كذلك لدى البكتيريا، وهي تسلسلات رنا تعمل على التنظيم تفارغيا، حيث تغير شكلها عند الارتباط بالمستقلبات لكي يكسبوا أو يفقدوا القدرة على التنظيم الجيني. لدى العتائق أيضا آليات تنظيم بالرنا، نظام كريسبر -الذي يُستخدم حديثا لتعديل الدنا في الموقع- يعمل بواسطة جزيئات رنا منظمة في العتائق والبكتيريا لتوفير حماية ضد الفيروسات الغازية.
تدخل الرنا وتنظيم التعبير الجيني.
بالإضافة إلى وظيفته في قراءة ونقل المعلومة الوراثية للتعبير عنها، يقوم الرنا كذلك بالتحكم في وتنظيم عملية التعبير هذه. لدى حقيقيات النوى أهم آلية لتنظيم التعبير الجيني هي تدخل الرنا والتي تحدث بعد عملية النسخ ويتم فيها قص جزيء رنا مزدوج السلاسل وإضافة إحدى سلسلتيه إلى مركب ريسك ()، ثم إذا وجدت جزيئة رنا رسول مترابطة كليا مع الرنا الموجود في مركب ريسك فإنها تُقص بواسطة المركب ويتم تفكيكها، أما إن كان الترابط جزئيا فلا يتم قص الرنا الرسول لكن تُمنع عملية ترجمته.
يحدث تدخل الرنا بواسطة نوعين أساسيين من الرنا: الرنا المتدخل الصغير والرنا الميكروي. ينتج الرنا المتدخل الصغير من رنا مزدوج السلاسل ذي مصدر خارجي في الغالب (كالفيروسات مزدوجة السلاسل)، ولأن إحدى السلسلتين تضاف إلى المركب، فإن السلسلة الأخرى المتطابقة كليا معها يتم تفكيكها بواسطة مركب ريسك. أما الرنا الميكروي فمصدره داخلي من الخلية ويشفر سواء: من جيناتٍ خاصةٍ بجزيئات رنا ميكروي أو من مناطق داخل إنترونات جينات مشفرة للبروتين أو من جينات مشفرة لجزيئات رنا غير مشفرة أخرى (ليست رنا ميكروي). ينظم الرنا الميكروي التعبير الجيني بمنع ترجمة جزيئات الرنا الرسول غير المترابطة كليا معه، وتسمى هذه الآلية "إسكات الرنا". تبعا لإحصاءات المعلوماتية الحيوية حوالي 60% من الجينات البشرية تُنظَّم بواسطة الرنا الميكروي وحاليا يتم إجراء بحوثات مكثفة لربط جزيئات الرنا الميكروي بمختلف الأمراض كالسرطان مثلا.
بالإضافة إلى هذين النوعين الأساسيين، توجد أنواع أخرى تتحكم في تدخل الرنا مثل الرنا المتآثر مع بيوي الذي يلعب دورا في الدفاع ضد الينقولات الراجعة وجزيئات الرنا المتدخل الصغير المشتقة من التسلسلات المتكررة. تُستخدم جزيئات رنا الحلقة الجذعية الصغير () لأغراض البحث العلمي وإنتاج الدواء وهي جزيئات رنا تتعرف عليها عملية تدخل الرنا وتقوم بتعديلها أكثر هي وجزيئات الرنا الأولية الخاصة بالرنا الميكروي والرنا المتدخل الصغير. رغم أن عملية تدخل الرنا معروفة لدى حقيقيات النوى فقط، إلا أن البكتيريا والعتائق طورتا عملية مماثلة لها تسمى نظام كريسبر للدفاع ضد العاثيات وعناصر الدنا الطفيلية الأخرى.
تحدث عملية التنظيم الجيني بواسطة الرنا على عدة مستويات، على سبيل المثال: بتحوير بنية الكروماتين في النواة، ومن الأمثلة النموذجية على ذلك الرنا غير المشفر الطويل XIST الذي يُعطل لدى إناث الثدييات أحد الصبغيين X بالالتفاف حوله مانعا ترجمة الجينات الموجودة به.
جينومات الرنا.
مثل الدنا يمكن للرنا حمل وتخزين المعلومة الوراثية، فيروسات الرنا لها جينومات مكونة حصريا من الرنا مثل فيروس الإنفلونزا، فيروس العوز المناعي البشري، فيروس التهاب الكبد C، فيروس شلل الأطفال وفيروس إيبولا وتقوم بتشفير بعض البروتينات. يتضاعف الجينوم الفيروسي بواسطة بعض هذه البروتينات في حين تقوم البروتينات الأخرى بحماية الفيروس أثناء انتقاله إلى خلايا مضيفة أخرى. الفيرويدات هي نوع آخر من الممرضات، وتتكون من الرنا فقط ولا تشفر أية بروتينات وتتضاعف بواسطة بوليميراز خلية النبات المضيفة.
تنقسم فيروسات الرنا حسب طريقة تضاعفها إلى ثلاث أنواع:
لدى الفيروسات الراجعة جينوم ذو سلسلة رنا أحادية لكنها لا تعتبر من فيروسات الرنا لأنها تستخدم دنا وسيط للتضاعف. يحوِّل إنزيم النسخ العكسي الفيروسي -الذي يأتي من الفيروس نفسه بعد أن يزيل كسائه البروتيني- الرنا الفيروسي إلى سلسلة دنا مكملة والتي تُنسخ بدورها لتكوين جزيئة دنا فيروسية مزدوجة السلاسل. بعد ذلك يقوم إنزيم الدمج بدمج سلسلة الدنا المزدوجة هذه في جينوم المضيف، التعبير عن الجينات الفيروسية المدمجة قد يقود إلى نشوء فيروسات جديدة.
طرق دراسة الرنا.
دراسة الرنا مماثلة لدراسة الدنا في العديد من النواحي، فاستخلاص الرنا يتم بتحطيم الخلية وتمزيق غشائها، وتمسيخ البروتينات بواسطة مركبات كيميائية، وعكس استخلاص الدنا الذي يمكن فيه تثبيط الإنزيمات القاصة للدنا (دناز) بمجرد الارتباط بالأيونات ثنائية التكافؤ، يجب عند استخلاص الرنا إبقاء الإنزيمات القاصة للرنا (رناز) غير نشطة بالتبريد أو عبر عوامل تمسيخ شديدة الفعالية مثل كلوريد الغوانيدينيوم. حاليا أكثر الطرق شيوعا في استخلاص الرنا تستخدم استخلاص فينول-كلوروفورم بوجود كلوريد الغوانيدينيوم. بشكل عام، الريبونوكليازات مشكل كبير في دراسة الرنا بسبب قدرتها على تحمل الحرارة وإعادة التشكل والتطوي عند التمسخ.
عند استخلاص مجموع الرنا الخلوي، حوالي 98% من العينة عبارة عن رنا ريبوسومي وهذا يعقد دراسة الأنواع الأقل تواترا. يمكن تفكيك الرنا الريبوسومي المتواجد بكثرة إنزيميا أو عبر استخدام طرق أخرى. أكثر الطرق المستخدمة في استخلاص أنواع الرنا الأقل تواترا هي استخلاص الرنا الرسول الخاص بحقيقيات النوى باستخدام مُشرِع قليل الثيميدين (oligo(dt) primer) لتهجين ذيل عديد الأدينيلات الخاص بالرنا الرسول، وهذا يسمح باستخلاص جميع جزيئات الرنا الرسول وكذلك الأنواع الأخرى التي تحتوي على ذيل عديد الأدينين (مثل الرنا غير المشفر الطويل). من الطرق الأخرى لاستخلاص جزيئات الرنا المستهدفة من خلائطها: الطرد المركزي الفائق لفصل الرنا أو البروتينات النووية الريبوزية حسب كثافة الطفو وحسب الاستشراب بالألفة أو عبر الترسيب المناعي للمكون البروتيني الخاص بالبروتين النووي الريبوزي واستخلاص المكون الرنوي المتبقي.
يُستخدم الرحلان الكهربائي بهلام الأغاروز أو عديد الأكريلاميد بتواجد عوامل تمسيخ تقوم بفك البنية الثانوية للرنا لدراسة الرنا المستخلص. بعد الرحلان الكهربائي، من الممكن تحديد جزيئات معينة من الرنا عبر تقنية لطخة نورثرن التي يُنقل فيها الرنا من الهلام إلى غشاء يتم فيه تحديد أنواع الرنا عبر تهجينها بأحماض نووية مشعة أو موسومة بمواد فلورية والتي تعمل كمسابير تهجين.
رغم طرق الدراسة هذه، إلى أن تحديد أنواع وتسلسل الرنا حاليا يتم في أغلب الأحيان عبر نسخ الرنا إلى دنا ومضاعفته بواسطة تفاعل البوليمراز المتسلسل للنسخ العكسي وينتج عن ذلك دنا متمم للرنا المدروس. هنالك أسباب عديدة لاستخدام هذه الطريقة منها الاستقرارية العالية للدنا وحقيقة أن إنزيمات الدنا أكثر فعالية وأقل ميولا للخطأ. يمكن دراسة الدنا المتمم المتحصل عليه بطرق متعددة، على سبيل المثال تحديد الكمية الأصلية لنُسَخِ الرنا في عينة ما بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي والذي يحدد عدد جزيئات الرنا الرسول المتواجدة في خلية ما لجين معين، أي مقدار وقوة نسخ الجين. يمثل مجموع جزيئات الدنا المتممة المتحصل عليها والذي يسمى مكتبة الدنا المتمم جميع الجينات التي نُسخت إلى رنا ويمكن دراستها بطرق متعددة. من الطرق المميزة في دراسة مجموعة كبيرة من الجينات هي مصفوفة الدنا الدقيقة التي تُسخدم فيها آلاف مسابير التهجين المتنوعة المشتقة من جينات معروفة، في هذه الطريقة ترتبط جزيئات الدنا المتممة في العينة بمسابير التهجين المثبتة على سطح الرقاقة (المصفوفة) ولأن العينة تكون موسومة في الغالب بالفلورية فإن الإرتباط يعطي إشارة معينة، بعد الغسيل لا تبقى الإشارة سوى في مكان ارتباط الدنا المتمم بالمسبار. بعد ذلك يتم التعرف على نُسَخ الجينات الجديدة عبر سَلسَلَة (تحديد تسلسل) تسلسلات الدنا المتممة القصيرة والتي تسمى تسلسل وسم معبر عنه (EST). حاليا سَلسَلة جميع جزيئات الرنا في عينة ما يتم باستخدام جيل جديد من طرق تحديد التسلسل يسمى سلسلة الرنا.
من بين الطرق الأخرى لدراسة الرنا: التهجين الموضعي المتألق ويسمح برؤية مكان رنا معين في الخلية، برفلة الريبوسوم الذي يحدد جزيئات الرنا الرسول التي في طور الترجمة، أو طرق تدخل الرنا لتنظيم التعبير الجيني في الخلايا.
استعمالات علاجية.
اقتٌرِح استخدام جزيئات رنا رسول كاملة الطول منذ بداية حقبة التقانة الحيوية، لكنها لم تلق اهتماما حتى العقد 2010، حين أُسِست شركة "مودرنا ثريبيوتيكا" وتمكنت من جمع مليار دولار تقريبا لتمويل المشروع خلال الأعوام الثلاثة الأولى. نظريا جزيئات الرنا الرسول المعدلة يمكن أن تترجمها الخلية إلى بروتينات يمكنها معالجة الأمراض أو استخدامها كلقاحات، أو حتى أن تقود البروتينات الخلايا الجذعية الأصلية إلى التمايز بالطريقة المرغوب فيها. لكن الإشكال الأساسي للعلاج بالرنا يتركز حول توصيل الرنا إلى الخلايا المستهدفة، أكثر من تركيزه على التسلسل الذي سيتم توصيله. الرنا غير المعدل سيتم تفكيكه طبيعيا بعد تحضيره، وقد يثير النظام المناعي للجسم ليهاجمه كسجم دخيل، بالإضافة إلى أنه غير قابل للنفاذ عبر الغشاء الخلوي. وحين يكون داخل الخلية يجب أن يغادر آلية النقل ليقوم بعمله في السيتوبلازم أين توجد الريبوسومات التي تترجمه إلى بروتينات.
الرنا الصغير المتدخل.
يُستخدم الرنا اليوم في العديد من التطبيقات في علم الأحياء الجزيئي، وبشكل خاص عبر عملية تدخل الرنا والتي يتم فيها إدراج جزيئات رنا قصيرة مزدوجة السلاسل تسمى الرنا الصغير المتدخل (siRNA) داخل خلايا حقيقيات النوى. تُستخدم جزيئات الرنا هذه التي طولها حوالي 20 زوج قاعدي بواسطة آلية خلوية قادرة على تفكيك الرنا بشكل محدد. لا يتم تفكيك سوى جزيئات الرنا الرسول التي تحوي تسلسلا مماثلا للرنا المتدخل، وهذا يتيح إمكانية تخفيض التعبير عن البروتينات بشكل محدد. هذا النهج التقني أكثر بساطة وسرعة من تحضير سلالات فئران معطلة الجين ويسمى knock down. التجارب التي تستخدم هذه التقنية لأغراض علاجية هي في مرحلة الدراسة، على سبيل المثال: تُدرس إمكانية استهداف الجينات الفيروسية لمحاربة العدوى والأمراض، أو الجينات الورمية للقضاء على السرطان. لكن يتطلب ذلك جعل جزيئات الرنا المتدخل مستقرة لمنع تحليلها بواسطة الريبونوكليازات وتوجيه نشاطها نحو الخلايا المستهدفة.
فرضية عالم الرنا وأصل الحياة.
فرضية عالم الرنا هي مرحلة افتراضية قديمة لتاريخ الحياة في الأرض تميزت بجزيئات رنا ذاتية التضاعف والتحفيز قبل تطور الدنا والبروتين. اعتقادُ أن الحياة على الأرض تطورت من عالم الرنا مقبولٌ على نطاق واسع رغم أن الحياة المعتمدة على الرنا يمكن أن لا تكون أول أنواع الحياة وجودا. جاءت هذه الخلاصة من العديد من الدلائل المستقلة عن بعضها، كملاحظة أن الرنا أساسي لعملية الترجمة وأن جزيئات الرنا الصغيرة يمكنها تحفيز جميع المجموعات الكيميائية ونقل المعلومة الضروري للحياة. سميت بنية الريبوسوم "بالدليل القاطع" لأنها أظهرت أن الريبوسوم عبارة عن ريبوزيم، حيث يتميز بلب مركزي مكون من الرنا ولا توجد أي سلسلة ببتيدية على مسافة 18 أنغستروم من الموقع النشط أين يُحفز تكوين الرابطة الببتيدية. اقترح مفهوم عالم الرنا لأول مرة سنة 1962 بواسطة ألكسندر ريتش وصيغ المصطلح بواسطة ولتر غيلبرت سنة 1986.
من الأسلاف المحتملة لتطور تخليق البروتين نشوء آلية لتخليق عوامل مرافقة ببتيدية قصيرة أو آلية لتضاعف الرنا. من المرجح أن الريبوسوم السلف كان مكونا بالكامل من الرنا، ثم تولت البروتينات القيام ببعض وظائفه. من الأسئلة الكبيرة المتبقية في هذا الموضوع هي تحديد القوة الانتقائية التي أدت إلى تطور الريبوسوم وكيفية نشوء الشيفرة الجينية على هيئتها الحالية.
قاد البحث في الرنا إلى العديد من الاكتشافات البيولوجية والعديد من جوائز نوبل. اكُتشفت الأحماض النووية سنة 1868 بواسطة
فريدريك ميسشر الذي أسماها "نوكليين" لأنه وجدها في النواة. ثم اكتُشف لاحقا أن خلايا بدائيات النوى -التي ليس لديها نواة- تحتوي على أحماض نووية كذلك. دور الرنا في تخليق البروتين كان محل تخمين منذ 1939. فاز سيفيرو أوتشوا بجائزة نوبل في الطب (مشاركة مع آرثر كورنبرغ) بعد اكتشافه إنزيما يمكنه تخليق الرنا في المختبر. لكن اتضح لاحقا أن الإنزيم المكتشف بواسطة أوتشوا (فوسفوريلاز عديد النوكليوتيد) مسؤول عن تفكيك الرنا وليس تخليقه. في سنة 1956 هجَّن أليكس ريتش وديفيد دافيس سلسلتي رنا منفصلتين لتشكيل أول بلورة رنا كانت بنيته قابلة للتحديد بواسطة علم البلورات السيني.
حدد روبرت هولي تسلسل نوكليوتدات الرنا الناقل الخاص بالخميرة والتي عددها 77 سنة 1965، وفاز بجائزة نوبل للطب سنة 1968 (مشاركة مع هار غوبند خورانا ومارشال نيرنبرغ). خلال بداية العقد 1970 اكتُشفت الفيروسات الراجعة والمنتسخة العكسية، وأظهر ذلك لأول مرة أن الرنا يمكن نسخه إلى دنا. نتيجة لهذا الاكتشاف نال ديفيد بلتيمور وريناتو دولبيكو وهوارد تيمن جائزة نوبل سنة 1975. في سنة 1976 حدد وولتر فيرز وفريقه أول تسلسل نوكليوتيدات كامل لجينوم فيروس رنا، وهي العاثية MS2. في سنة 1977 تم اكتشاف الإنترونات وتضفير الرنا عند كل من فيروسات الثدييات وفي الجينات الخلوية فحصل فيليب شارب وريتشارد روبرتس على جائزة نوبل سنة 1993. اكتُشِفت جزيئات الرنا المحفزة (الريبوزيمات) في بداية العقد 1980 وأدى ذلك إلى حصول توماس تشيك وسيدني ألتمان على جائزة نوبل سنة 1989. في العقد 1990 وُجد لدى البتونيا أن إضافة جينات يمكن أن يُسكِت جينات أخرى مماثلة خاصة بالنبتة، وهو ما يُعرف الآن بكونه نتيجة لتداخل الرنا.
في نفس الوقت تقريبا، وُجد أن لجزيئات رنا طولها 22 نوكليوتيد -تعرف حاليا باسم الرنا الميكروي- دور في تطور الربداء الرشيقة. وحصل أندرو فاير وكريغ ميلو على جائزة نوبل سنة 2006 نتيجة أبحاثهم في تداخل الرنا، كما نال روجر كورنبيرغ جائزة نوبل في نفس العام عن دراساته لنسخ الرنا. قاد اكتشاف جزيئات الرنا المنظِّمة إلى تطوير أدوية مصنوعة من الرنا مثل الرنا الصغير المتدخل لإسكات الجينات. وفي سنة 2009 نال فينكاترامان راماكريشنان وتوماس ستايتز وعادا يونات جائزة نوبل لتوضيحهم البنية الذرية للريبوسوم.
النسيج الحيوي النسيج هو المستوى التنظيمي الخلوي وهو الوسيط بين الخلايا والكائنات الكاملة. النسيج هو مجموعة متكاملة من خلايا مماثلة من نفس المنشأ والتي تحمل وظيفة محددة. الأعضاء تتكون من مجموعة وظيفية من الأنسجة.
علم دراسة الأنسجة يعرف ب(هستولوجي) وعند تعلقه بالأمراض، يسمى هستوباثولوجي أو التشريح المرضي
الادوات الكلاسيكية لدراسة الأنسجة هي كتلة بارافين- الذي يقوم بتضمين الأنسجة ثم قطعها- صبغات الأنسجة والمجهر الضوئي. في العقدين الماضيين طور المجهر الإلكتروني، والمناعي، وأيضا تم استخدام قطع من نسيج مجمد التي عززت التفاصيل المرتبطة بتركيب النسيج. باستخدام هذه الأدوات المظاهر الكلاسيكية في الأنسجة يمكن اختبارها أو فحصها في الصحة والمرض والقدرة على تحسين التشخيصات الطبية السريرية.
النسج الحيوانية.