סילבוס

תוכן הקורס ומטרתו

בצד העברת המידע התורשתי מדנ"א לחלבונים יש ל-RNA תפקידי מפתח רבים. בשנות השישים טענו חוקרים שקיפול גלובולרי של סיבי הרנ"א עשוי ליצור כיסים ושקעים מותאמים לקישור מטבוליטים ואולי ליצור גם אתרים קטליטיים. תחזיות אלו אוששו עם גילוי השעתוק ההופכי של דנ"א על תבנית רנ"א, רמז לקדמוניותו הרנ"א, ובהמשך גילוי מולקולות רנ"א קטליטיות, תחילה ריבוזימים משחברי עצמם ובהמשך ריבוזימים טבעיים או מהונדסים מזרזי מגוון רחב של ריאקציות אנזימתיות. כך נולדה השערת "עולם הרנ"א" לפיה מולקולות רנ"א ומשכפלות עצמן קדמו בראשית החיים לחלבונים ולדנ"א והיוו את המחוללים הראשוניים של האבולוציה הדארווינית. הסתבר בהמשך שרנ"א קטליטי מהווה גם את אתר יצירת הקשר הפפטידי בריבוזום ואחראי לשחבור מולקולות mRNA יוקריוטיות בספלייסוזום, תהליך בו מסולקים האינטרוני שבין הקטעים המתורגמים. לריבוזימים הטבעיים שהתגלו רפרטואר מצומצם, לא מתאים לקיום חיים. ייתכנות קיומם של ריבוזימים שזירזו את המגוון הנחוץ אבל נכחדו נבחנה בשיטת SELEX בה בודדו ממאגרי ענק אקראיים רצפים נדירים מזרזי ריאקציה מבוקשות כ חיבור בסיס רנ"א לשייר הסוכר או הוספת חומצה אמינית לקצה רנ"א או שכפול עצמוני. גודלם הצנוע של הריבוזימים הטבעיים או המהונדסים הפכו אותם לפרדיגמות מועילות בחקר יחסי מבנה-תפקוד של רנ"א. שתי שיטות לקביעת רצף סימולטנית של כלל הטרנסקריפטום או חלקים נבחרים ממנו היוו פריצת דרך נוספת: 1. שילוב שיעתוק הופכי וריצוף בתפוקה גבוהה (RNA-seq) ו-2. הזרמת מולקולת RNA דרך נקבים זעירים בהם נקרא בתורו כל אחד מבסיסי השרשרת (Nanopore sequencing). מכך הסתבר בין היתר שגנום האדם משועתק כמעט במלואו ומספר סוגי הרנ"א התאיא גדול לאין שיעור ממה שהניחו בעבר. רבים מסוגים אלה מתפקדים בשלבי בקרת הביטוי הגנטי וכמה נקשרו לתסמונות אוטואימוניות וסרטניות. למרות זאת אולם נותר עדיין לזהות ולאפיין מבנית ותפקודית חלקים נרחבים של טרנסקריפטומי האדם, החי והצומח, במצבים נורמליים ופתולוגיים. סגירת פער ידע זה מחייבת ידיעת עקרונות מבנה ותפקוד ה-RNA ובקיאות בשיטות המחקר הרלבנטיות, ובכך נעסוק . תחילה נדון בעקרונות מבנה של מולקולות הרנ"א, אחר כך במוצאו המשוער בראשית החיים, בעולם נכחד שקדם להופעת החלבונים המתורגמים וגנומי הדנ"א. בהמשך נדון ברכיבים קריטיים של מולקולות רנ"א נוכחיות (extant) הכוללים את אתר יצירת הקשר הפפטידי בריבוזום (Peptidyl transfer center, PTC) ואת המרכז הקטליטי בספלייסוזום (Spliceosome). עתיקותם אתרים נרמזת ע"י נוכחות הראשון בשכבהת ריבוזום קדומה ודמיון בין האתר הקטליטי של השני לסוג ריבוזים משחבר עצמו (self-splicing group II intron) שנפוץ בחיידקים ובאברוני תאי פרוטוזואה, פטריות וצמחים. עפ הופעת החלבונים המתורגמים וגנומי הדנ?א נוספו לרנ"א משימות חדשות בבקרת הביטוי הגנטי, בשכפול דנ"א, שעתוק מולקולות הרנ"א ושיחבורן בתרגום החלבונים ובהכוונתם ליעדיהם בתא ומחוצה לו. כמו כן נדון בטכנולוגיות שמאפשרות לקבוע בו זמנית את המבנים ואת האינטראקציות הדינמיות של כלל מולקולות ה-RNA בתא, לעקוב אחר שינוען ליעדיהן, מהלך תרגומן, וסילוקן או השתקתן. הן כוללות שיטות ריצוף RNA בתפוקה גבוהה כמו RNA-seq בה מבודדים כלל סוגי הRNA התאי או תת-סדרות שלו ורצפיהם מפוענחים ע"י הפיכתן לעותקי DNA cDNA) ) שמרוצפים בו-זמנית. בשיטת קביעה ישירה שאינה מצריכה הפיכה ל cDNA מוזרמים סיבי ה RNA דרך חיישנים זעירים בהם מזוהים בסיסי סיבי RNAה בזה אחר זה (Nanopore sequencing). ב ניתן למדל בו-זמנית גם את המבני ם המרחביים של הרצפים בשילוב התמרות כימיות של אזורי רנ"א גלויים ואיתורם כמוטציות ברצפים הנבדקים כמתואר לעיל.