وظائف التكرارات و الرنا الغير مشفر للبروتين

The human genome is littered with pseudogenes, gene fragments, ‘orphaned’ genes, ‘junk’ DNA, and so many repeated copies of pointless DNA sequences that it cannot be attributed to anything that resembles intelligent design. If the DNA of a human being or any other organism resembled a carefully constructed computer program, with neatly arranged and logically structured modules each written to fulfill a specific function, the evidence of intelligent design would be overwhelming. In fact, the genome resembles nothing so much as a hodgepodge of borrowed, copied, mutated, and discarded sequences and commands that has been cobbled together by millions of years of trial and error against the relentless test of survival. It works, and it works brilliantly; not because of intelligent design, but because of the great blind power of natural selection to innovate, to test, and to discard what fails in favor of what succeeds.

Kenneth R. Miller, “Life’s Grand Design,” Technology Review 97 (February–March 1994): 24–32.

ان الجينوم ملئ بالجينات الزائفة و الشظايا و الخردة بشكل لا يمكن معه أن يكون مصمما بذكاء. اذا كان الحمض النووى يشبه برنامج كمبيوتر مرتب و مقسم بشكل منطقى يجعل لكل جزء وظيفة فان الدليل على التصميم الذكى كان ليصبح ساحقا لكن الحمض النووى ليس كذلك. انه يبدو كخليط عشوائى من الأوامر المنسوخة و المتحورة و التالفة تم ترقيعها معا بطريقة خرقاء عبر ملايين السنين من التجربة و الخطأ و صراع البقاء. انه يعمل ليس بسبب التصميم الذكى بل بسبب القوة العمياء العظيمة للانتخاب الطبيعى ليبتكر و يختبر و يستبقى ما ينجح و يتخلص مما يفشل.

-عالم البيولوجيا التطورية كينيث ميلر

Like electronic computational storage systems, DNA molecules contain not only data files (coding sequences) but also generic repeated signals. These repetitive signals format the genome for expression, replication, transmission, repair and restructuring. They serve as the physical basis for integrating different segments of genomic DNA into computationally accessible systems and subsystems for the execution of complex cellular routines, such as cell division and differentiation….As we increasingly apply computational metaphors to cellular function, we expect that a deeper understanding of retroelements and other repeats,...Our expectation is that, one day, we will think of what used to be called “junk DNA” as a critical component of truly “expert” cellular control regimes.

J.A. Shapiro and R.V. Sternberg "How repeated retroelements format genome function" Cytogenet and Genome Research 110:108–116 (2005)

ان الجينوم يشبه نظام تخزين المعلومات فى الحاسب الالى و هناك اشارات مكررة تعمل على تنظيم الملفات و تنسيق الوظائف المختلفة. ان هذه الاشارات المكررة تقوم بترقيم الجينوم و تعمل كأساس لدمج القطع المختلفة فى مجموعة أنظمة أساسية و فرعية متكاملة لتنفيذ وظائف الخلية. كلما حاولنا فهم الخلية كنظام معلوماتى كلما زاد فهمنا لوظائف التكرارات و العناصر النقالة. اننا نتوقع أن يأتى اليوم الذى نكتشف فيه أن ما ظنناه خردة هو فى الواقع نظام تحكم دقيق.

-من واحدة من أولى المراجعات التى سردت الوظائف المكتشفة للعناصر الخردة المكررة و المنسوخة عكسيا

تحدثنا فى المقال السابق عن اكتشافات مشروع انكود و الأبحاث التى تلته و لكن بشكل مجمل و ملخص لذا سنذكر هنا و فى المقالات التالية ان شاء الله بعض الأمثلة على الوظائف المكتشفة للخردة المزعومة لما فيها من ابداع هندسى و معلوماتى جعلها تنقلب الى دليل على التصميم مع ملاحظة أن بعض الاكتشافات سابقة على انكود و لكن التطورييين كانوا يتجاهلونها معتمدين على عدم اشتهارها بين الناس. (ملحوظة تقسيم الوظائف ليس حصريا بمعنى أن العناصر/التسلسلات تقوم بوظائف مختلفة موزعة بين التقسيمات فيمكن أن تجد عنصرا هيكليا (بند 2) يحتوى على تكرارات تنظيمية (بند 1) أو ينقولا (المقال القادم) ينتج رنا غير مشفر (بند 3) و هكذا)

1- الترقيم و التنظيم:

اكتشفت الأبحاث أن هناك تسلسلات لا تنتج البروتين و لكن لها وظائف فى تنظيم التسلسلات المنتجة له تماما كعلامات الترقيم المستخدمة فى الكتابة (النقطة و الفاصلة و الشرطة و النقطتين فوق بعضهما...الخ) منها التسلسلات المكررة و غيرها.

سنبدأ بواحدة من المفارقات العجيبة و هى احتواء الحمض النووى على تسلسلات مكررة repeats عبارة عن مجموعة من الحروف المكررة جنبا الى جنب يتم تصنيفها حسب طول العنصر المكرر و عدد مرات تكراره الى macro/mini/micro satellites/short tandem repeats (str)-simple sequence repeats (ssr) (و هناك أنواعا أخرى من التسلسلات المكررة مثل التكرارات الطرفية الطويلة Long Terminal Repeats LTRs و التكرارت المعكوسة Inverted Repeats و هما ينتجان عن العناصر النقالة و تلك لها بند مستقل) و عندما كتب فيلسوف العلوم ستيفن ماير كتابه "التوقيع فى الخلية" الذى استدل فيه بتصميم الجينات على تصميم الخلية الأولى خرجت عليه كتائب التطوريين متسائلة "لماذا يضع المصمم حروفا مكررة فى الحمض النووى؟ ان هذا يا ستيف يشبه أن تضع فى كتابك صفحات تملأها فقط بتكرارت بلا معنى مثل ABCABC اذن لا يوجد تصميم". طبعا ستلاحظ الاستدلال بالجهل كالعادة و الهروب مما نعلم الى ما لا نعلم فحتى فى التشبيه الذى استخدموه لا ينفى وجود أخطاء فى طباعة أو تجميع الكتاب أن باقى صفحات الكتاب مكتوبة و مصممة بوضوح. لكن سرعان ما انكشفت وظائف هذه التكرارات و سنبدأ بمراجعة قديمة سابقة على انكود لترى كيف كانت بوادر الاكتشافات موجودة و التطوريون يصرون على تجاهلها أو معاملتها كاستثناءات. وصفت هذه المراجعة الجينوم كنظام معلوماتى شبيه بالحاسب الالى و بالتالى فهو يحتاج الى عمليات ترقيم و تنظيم format/index فمثلا كما يستخدم الحاسب الالى فكرة المجلدات folders/subfolders/files التى يمكن التعامل معها كهياكل مكررة و متداخلة nested تصنع شجرة hierarchy (ملف فى قلب مجلد فى قلب مجلد أكبر...الخ) فان الجينوم يقوم بتنظيم جيناته المتعلقة وظائف معينة فى مشغلات operons يحتاج الى هياكل تكرارية هو الاخر لترقيم و تنظيم هذه البيانات.

Check section: REPETITIVE SIGNALS IN THE HIERARCHICAL CONTROL OF CODING SEQUENCE EXPRESSION

James A. Shapiro and R.V. Sternberg "Why repetitive DNA is essential to genome function" Biological Reviews Volume 80, Issue 2 May 2005 Pages 227-250

مثال مبسط: قف فى مجلد الوثائق documents فى حاسبك الالى (أو فى أى موقع على شبكة الانترنت) و انظر الى شريط العنوان address bar سترى مثلا: C:\Users\Public\Documents هل لاحظت الخط المائل المكرر \ انه "مكرر" لأنه يستخدم كفاصل بين المجلدات و الملفات و ليس لأنه خردة أو خطأ نسخ مكرر لا يمكن أن يضعه مصمم فى تصميماته. الان ننتقل الى مثال مبسط من علم الأحياء: تحتاج البكتيريا الى ثلاث جينات lacZ/Y/A لهضم سكر اللاكتوز كل منها ينتج بروتين مطلوب للعملية. بعد أن قامت أخطاء النسخ مشكورة بانشاء هذه الجينات (سنعتبر كل جين ملف file مستقل) قامت بجمعها فى مجلد Folder واحد حتى يتم تفعيلها و تعطيلها بنفس مفتاح العمل طالما كلها تقوم بنفس الوظيفة. بنفس طريقة الحاسب الالى تحتاج الى علامات تنظم هذا الأمر للخلية و تخبرها متى يبدا و ينتهى كل مجلد و كل ملف.

لماذا نحتاج الى التنظيم أصلا؟ بكتيريا اى كولاى قادرة على التهام الجلوكوز و اللاكتوز الا أن الجلوكوز عادة ما يكون أفضل للنمو فكيف يتم اعطاؤه الأولوية؟ هناك تسلسل تنظيمى (مفتاح تشغيل) بجوار الجينات المسئولة عن هضم اللاكتوز و يقوم جين اخر بانتاج بروتين يرتبط بالمنظم كغطاء اغلاق repressor فيعطله و يمنع قراءته الا أن مفتاح الغلق البروتينى هذا يرتبط باللاكتوز فحال وجوده يرتبط به و يتغير شكله فيترك المنظم متاحا للعمل و كأن وظيفة هذا البروتين أن يقول للخلية طالما لا يوجد لاكتوز فلتبقى جينات هضم اللاكتوز مغطاة و مغلقة و كلها مجموعة فى مجلد واحد فتعمل بنفس المفتاح. و لكن ماذا عن تفضيل الجلوكوز على اللاكتوز حال تواجدهما معا؟ كما يوجد مفتاح لتعطيل الجينات كذلك يوجد مفتاح تشغيل الا أن هذا المفتاح لا يأخذ شكله الصحيح الا فى وجود مكون يدعى cAMP و هذا يتواجد فقط بعد قلة الجلوكوز فعندها فقط يعمل مفتاح تشغيل جينات اللاكتوز لتعمل كبديل حال غياب الجلوكوز. بمثل هذه الالية الأنيقة التى تتكون من عدة أجزاء متكاملة و متناغمة تنظم الخلية استهلاكها فتفضل نوعا من السكريات لأنه يعينها أكثر على التكاثر و تبقى نوعا اخر كاحتياط لحين نفاذ الأول و هذه تعتبر من أبسط الأمثلة على التنظيم الجينى فى أبسط الخلايا الذى لا تنتجه لا هو و لا الجينات التى ينظمها أخطاء فى نسخ الحمض النووى و لا يصدر الا عن تصميم و رؤية و هدف و بصيرة و قد شبهت الكثير من الدراسات هذه العملية التنظيمية بجملة IF/Then/Else التى تستخدم فى البرمجة و العمليات المنطقية المختلفة logic gates فى الأجهزة الالكترونية (صانع الساعات الأعمى اللقب الذى يطلقه التطوريون على الانتخاب الطبيعى قد أصبح المبرمج الأعمى و صانع الالكترونيات الأعمى)

IF lactose present AND glucose NOT presentAND cell can synthesize active LacZ and LacY, THENtranscribe lacZYA from lacP

James Shapiro "Bacteria are small but not stupid: Cognition, natural genetic engineering and socio-bacteriology" January 2008Studies in History and Philosophy of Science Part C Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences 38(4):807-19

The Boolean function that the lac operon therefore physically computes is (L AND (NOT G)), since it only outputs 1 if L = 1 (lactose present) and G = 0 (glucose is absent). By showing how one gene could affect the expression of another – just like a transistor feeds into the input of another and affects its state – Jacob and Monod laid the foundations for a new way of thinking about genes, not simply in terms of protein blueprints, but of circuits of interacting parts, or dynamic networks of interconnected switches and logic gates

Martyn Amos "Bacterial Computing" in "Unconventional Computing: A Volume in the Encyclopedia of Complexity and Systems Science, Second Edition" (2018) pp 491–502

الطريف أيضا أن الكثير من هذه التسلسلات التنظيمية و مفاتيح التشغيل و التعطيل تعتمد أيضا على التكرارات فقد ذكرت المراجعة فوائد استخدام هياكل motifs ضعيفة المفعول و مكررة فى تنظيم عمل بعض الجينات اذ تساعد فى تعديل معدل العمل بسهولة باضافة أو حذف التكرارات لزيادة أو انقاص معدل العمل بينما الاعتماد على هيكل واحد قوى المفعول معناه اما معدل عمل عالى أو لا عمل على الاطلاق و عددت وظائف كثيرة أخرى للتكرارات و التى أسمتها motifs/variable tandem nucleotide repeats (vntr) أو التى اعتبرتها غير مصنفة unclassified الى جانب وظائف أخرى ترقيمية للعناصر النقالة التى تنسخ نفسها بكثرة فى الجينوم و التى سنتناولها فى مقال مستقل ان شاء الله

Table 3 provides a compilation of repetitive DNA functions in genome operation. These range from basic transcription, through regulation at transcriptional and post-transcriptional levels, to chromatin and nuclear organisation, genome transmission at cell division, damage repair and DNA restructuring. In some cases, functional categories overlap. For example, DNA restructuring at homopolymeric tracts and variable tandem nucleotide repeats (VNTRs) in pathogenic bacteria and chromatin organisation in eukaryotes both serve as mechanisms for regulating coding sequence expression. Moreover, recombination mechanisms fulfill roles in repair [double-strand (DS) break correction] as well as cellular protein engineering [antigenic variation, V(D)J joining, and immunoglobulin class switching]. Particularly noteworthy are the cases where repetitive DNA influences the physical organisation and movement of the genome through the cell cycle. These cases include the delineation of centromeres by tandem repeat arrays, the formation of telomeres by non-LTR retrotransposons, delineation of chromatin domains by boundary/insulator elements, and the attachment of DNA to the nuclear matrix by sequences found in larger composite elements, such as mammalian long interspersed nucleotide elements (LINEs).

James A. Shapiro and R.V. Sternberg "Why repetitive DNA is essential to genome function" Biological Reviews Volume 80, Issue 2 May 2005 Pages 227-250

و التكرارات ليس بالضرورة أن تكون جزء من الmotifs بل قد تكون بجوارها و تؤثر على عملها

Varying the STR[Short Tandem Repeats] sequence around a motif can have up to a 70-fold impact on the binding...Changes to the transcription factor’s DNA binding domain affected whether it recognized the motif and the STRs. The researchers concluded that the transcription factors directly interact with the repetitive genetic code, attaching to it and the motif with the DNA binding domain.

"Stanford Medicine-led study clarifies how ‘junk DNA’ influences gene expression" Stanford Medicine News Center September 26, 2023

ثم جاءت مراجعة أخرى لاحقا لتكتشف أن حتى الكائنات الأكثر تعقيدا و التى لا تحتوى على طريقة تنظيم المشغلات operon تحتوى على منظومة أكثر تعقيدا قد تتوزع فيها الجينات عبر أماكن متباعدة و لكن تعمل التكرارات كرابط مميز بينها ليتم تنسيق عمل الجينات المرتبطة بنفس التكرار معا حتى لو فى أماكن متباعدة مما يسهل تنسيق عمل الجينات المرتبطة بنفس الوظيفة. من جديد يشبه الأمر تشغيل عدة وظائف مترابطة عمليا لكن متباعدة مكانيا بضغطة زر واحد cell type-specific switch that can operate at a large number of loci و هو بروتين التفعيل DNA-Binding protein الذى سيرتبط عند انتاجه بنفس التكرارات على اختلاف أماكنها لتفعيل الجينات المجاورة أو جلب بعض العناصر المطلوبة الى كل هذه المواقع المتباعدة بالتوازى أو عن طريق نسخ التكرارات نفسها الى رنا يتعرف على كل المواقع الشبيهة به فينسق نفس العمليات سابقة الذكر Repeat-binding protein-mediated events/RNA-mediated events و هو ما وصفته المراجعة بعمليات تنسيق عابرة للمكان Mechanisms of SSR[simple sequence repeat]-mediated global regulatory events و قد وصفت هذه المراجعة التكرارات-التى طالما صدعنا التطوريون بأنها اعادة نسخ عشوائية لا يمكن أن يقوم بها مصمم-بأنها شفرة ترقيم و تنسيق

Check sections: Repeats as punctuation marks of genome packaging code/Long-range interactions mediated by SSRs

Ram Parikshan Kumar et al., "Repeat performance: how do genome packaging and regulation depend on simple sequence repeats?" BioEssays Volume 32, Issue 2 February 2010 Pages 165-174

كما ذكرت المراجعة عشرات الأبحاث الأخرى التى اكتشفت وظائف لمختلف أنواع التكرارات فى ترقيم الجينوم و عزل المناطق النشطة عن غير النشطة حسب نوع الخلية و تنظيم المناطق النشطة نفسها و الحفاظ على هيكل الكروماتين/بنية جزئ الحمض النووى

For example, satellite repeats have been shown to be critically important for centromere heterochromatin formation and chromosome segregation.20, 22 Satellite repeats are transcribed from both the strands in plants and animals,16, 67-69 and are important for the establishment and maintenance of heterochromatin.21-24, 70 Additionally, long ncRNA encompassing a few satellite monomers are components of the kinetochore.67 Some satellites, like satellite III, are transcribed upon stress and can influence splicing.40 Similar to the centromere satellite repeats, the telomere satellite repeats are also required for maintaining proper chromosome length and constitutive heterochromatin.19, 71, 72...Recent studies indicate a role for SSRs in a variety of nuclear functions.45, 46, 94, 95, 104, 105...In humans, tandem repeat of the DXZ4 (3 kb) array is organized as heterochromatin on active X and euchromatin on inactive X-chromosome.9 These repeats are critical for developmental control of X-inactivation, and the importance of this stretch of repeats is indicated by the finding that contraction in number of the array is associated with facioscapulohumeral muscular dystrophy.123 These studies thus provide a functional link between repeats and the regulation of associated loci...Our earlier studies indicated that SSRs like GATA repeats can have the potential to function as chromatin domain boundaries.100 Marking of domains by such boundaries may be relevant to genome packaging with multiple functional consequence, like prevention of inappropriate spread of heterochromatin into euchromatin, restricting enhancers and silencers to their legitimate target promoters and defining functionally independent regions within genomes.

كما ذكرت أبحاث أخرى دور التكرارات فى تجميع الجينات ذات الأدوار المتشابهة أو عمليات التنظيم المتشابهة

J. Yuyang Lu et al., "Genomic repeats categorize genes with distinct functions for orchestrated regulation" Cell Reports 30: 3296-3311 (2020)

Joseph M. Zullo et al., "DNA Sequence-Dependent Compartmentalization and Silencing of Chromatin at the Nuclear Lamina" Cell Vol. 149, Issue 7, P1474-1487, June 22, 2012

لقد كثرت الاكتشافات لوظائف التكرارات فهى مسئولة عن التحكم فى تنوع الكثير من العمليات البيولوجية و النمائية مثل طول الأطراف و أبعاد الجمجمة لدى بعض الكائنات و غيرها من التنوعات فى العمليات البيولوجية المختلفة (مثلا عدد مرات التكرار قد يحدد عدد مرات اعادة عملية نمائية معينة أو طول عظمة معينة و هى طريقة شبيهة بمفهوم العداد counter الذى يستخدم فى البرمجة) و بالتالى أصبحت تعتبر من عوامل احداث التنوعات فى الكائنات الحية (كتغيير الأطوال و الأحجام) لسهولة تعديل عددها. و فى أحيان أخرى بدلا من العمل كعداد تستخدم لاطالة حجم الجينات و البروتينات الناتجة عنها مما يؤثر على وظيفتها و بشكل عام فقد أوضحت الدراسات أن تعديل التكرارات يؤدى الى تأثيرات واضحة على الخلية و يخلق تنوعات مختلفة فى صفات الكائن/البروتين phenotypic variation ملائمة لظروف بيئية مختلفة

This size variation creates quantitative alterations in phenotypes (e.g., adhesion, flocculation or biofilm formation)...there was a linear correlation between gene size and the extent of adhesion: as the Flo1 proteins became longer (carrying more repeats), the adhesion properties gradually became stronger

Kevin J Verstrepen et al., "Intragenic tandem repeats generate functional variability" Nature Genetics volume 37, pages986–990 (2005)

Alteration of nonprotein-coding DNA regions, for example, by modifying satellite DNA with sequence-specific intercalating drugs, can have significant phenotypic effects demonstrating that intergenic regions are neither “inert” nor neutral with respect to sequence insertions, deletions, or other reorganizations.

R.V. Sternberg, “On the Roles of Repetitive DNA Elements in the Context of a Unified Genomic- Epigenetic System,” Annals of the New York Academy of Sciences, 981 (2002): 154-88.

The biological insight obtained suggests that satellite sequences are not passive evolutionary residues but essential components of the gene regulation circuit. The data suggest that DNA satellites can serve as highly regulated depositories for gene regulatory factors,

Sam Janssen et al., “Specific gain-and loss-of-function phenotypes induced by satellite-specific DNA-binding drugs fed to Drosophila melanogaster,” Molecular Cell 6 (2000): 1013–1024.

Quilez, J., et al.; (2016). Polymorphic tandem repeats within gene promoters act as modifiers of gene expression and DNA methylation in humans. Nucleic Acids Research, 44(8), 3750–3762.

Hannan, A. J. (2018). Tandem repeats mediating genetic plasticity in health and disease. Nature Reviews Genetics, 19(5), 286–298

Steven Henikoff & Danielle Vermaak, “Bugs on drugs go GAGAA,” Cell 103 (2000): 695–698.

John W. Fondon III and Harold R. Garner "Molecular origins of rapid and continuous morphological evolution" PNAS December 28, 2004 101 (52) 18058-18063

Pennisi, E., A ruff theory of evolution: gene stutters drive dog shape, Science 306:2172, 2004

Moxon R. et al "Bacterial contingency loci: the role of simple sequence DNA repeats in bacterial adaptation" Annu. Rev. Genet. 2006; 40:307–333

Petr Dmitriev et al., "Pearls in the junk: dissecting the molecular pathogenesis of facioscapulohumeral muscular dystrophy" Neuromuscular Disorders VOLUME 19, ISSUE 1, P17-20, JANUARY 2009

Casey McGrath "Highlight—“Junk DNA” No More: Repetitive Elements as Vital Sources of Flatworm Variation" Genome Biology and Evolution, Volume 13, Issue 10, October 2021

Maria Stitz et al., "Satellite-Like W-Elements: Repetitive, Transcribed, and Putative Mobile Genetic Factors with Potential Roles for Biology and Evolution of Schistosoma mansoni" Genome Biology and Evolution, Volume 13, Issue 10, October 2021,

كما أن هذه التكرارات تعمل كمواقع ارتباط ترتبط بها عناصر التحكم فى نسخ الحمض النووى الى رنا transcription factors فتنظم معدلات نسخ الجينات القريبة منها و هى تتميز فى هذا بأن كل تكرار يمثل قابلية ارتباط ضعيفة و لكن جمعها معا يزيد من قابلية الارتباط و بالتالى يسهل بزيادة أو انقاص عدد التكرارات ضبط معدل الارتباط/النسخ المطلوب بدقة و ذهبت بعض الأبحاث الى أن وجود هذه التكرارات فى محفزات النسخ و سهولة تعديل عددها يكسب الكائنات مرونة فى تعديل معدلات نسخ الحمض النووى الى رنا و بالتبعية معدلات انتاج البروتينات استجابة للظروف البيئية المختلفة. ليس هذا فحسب بل وجدت الأبحاث أن الات النسخ فى الخلية عندما تضرب هذه المناطق بالطفرات فانها تضربها بطفرات زيادة او حذف التكرارات أكثر بكثير من أخطاء النسخ العادية التى يتغير فيها حرف من الحمض النووى أثناء النسخ مما يوحى أكثر بأن الخلية تعرف ما تفعله جيدا بهذه التكرارات و كيف تتعامل معها و تستخدمها لتنويع عملياتها و كأنها مفاتيح تحكم و ضبط و تعديل tuning knobs/ rheostats

The human genome contains over one million highly polymorphic and plastic STRs, whose somatic and meiotic germline expansion/contraction rates can be orders of magnitude higher than single nucleotide mutations, and impart a continuum of effects, including at gene promoters

John S. Mattick "A Kuhnian revolution in molecular biology: Most genes in complex organisms express regulatory RNAs" BioEssays (15 June 2023)

The influence of SSRs on gene regulation, transcription and protein function typically depends on the number of repeats, while mutations that add or subtract repeat units are both frequent and reversible...These studies support the hypothesis that SSRs, by virtue of their special mutational and functional qualities, have a major role in generating the genetic variation underlying adaptive evolution...Mutations that alter repeat number typically occur at rates orders of magnitude greater than single-neucleotide point mutations

Yechezkel Kashi and David G. King "Simple sequence repeats as advantageous mutators in evolution" Trends in Genetics VOLUME 22, ISSUE 5, P253-259, MAY 2006

This binding can be explained and predicted by simple additive models in which repeated instances of low-affinity binding sites sum to have large effects. These findings suggest that STRs provide a regulatory mechanism to tune levels of TF binding and downstream gene expression...we propose that STRs function as “rheostats” to tune local TF[Transcription Factor] concentration and binding responses to regulate gene expression in disease, development, and homeostasis

CONNOR A. HORTON et al., "Short tandem repeats bind transcription factors to tune eukaryotic gene expression" SCIENCE 22 Sep 2023 Vol 381, Issue 6664

This seeming dilemma changes when Res[Repetitive Elements] are viewed as rapidly deployable, individually expendable, flexible DNA components of the genomic/epigenetic software system. As rapidly deployable and individually expendable DNA units, RE sequences can be gained or lost quickly from genomic regions in response to ablation, distortion, or expansion of monomer.

R.V.. STERNBERG "On the Roles of Repetitive DNA Elements in the Context of a Unified Genomic-Epigenetic System" Annals of the New York Academy of Sciences Volume 981, Issue 1 FROM EPIGENESIS TO EPIGENETICS: THE GENOME IN CONTEXT December 2002 Pages 154-188

THOMAS E. KUHLMAN "Repetitive DNA regulates gene expression: Short tandem repeats affect gene expression by binding regulatory proteins" SCIENCE 21 Sep 2023 Vol 381, Issue 6664 pp. 1289-1290

Wenxiang Zhang et al., "FOXP3 recognizes microsatellites and bridges DNA through multimerization" Nature volume 624, pages433–441 (2023)

Our results presented here are consistent with a role for TRs as ubiquitous and adjustable “evolutionary tuning knobs” for transcription that mediate rapid evolution of gene expression. Genes that respond to changing environmental conditions would be particularly suited for such variable genetic elements. Indeed, genes driven by repeat-containing promoters show elevated responsiveness to changing environmental conditions

Marcelo D. Vinces et al., "Unstable Tandem Repeats in Promoters Confer Transcriptional Evolvability" SCIENCE 29 May 2009 Vol 324, Issue 5931 pp. 1213-1216

لاحظ كيف يتم استخدام مصطلحات مثل القابلية للتطور evolvability فى بعض الأحيان بدل المصطلح الطبيعى flexibility المرونة و القابلية للتعديل و التى هى من أساسيات النظم المصممة جيدا و ليس النظم المتطورة التى يؤكدون دائما سوء تصميمها. لاحظ أيضا كيف يتم الانتقال بسلاسة من "انها خردة بلا وظيفة اذن لابد أنه التطور و لا يوجد تصميم" الى "انها اليات تحكم دقيقة اذن لابد أنه التطور و لا يوجد تصميم" بل و قد اعترف مقال فى مجلة نيتشر يغطى اكتشاف وظائف بعض هذه التكرارات أن من أسباب عدم اكتشافها سابقا أن البرامج و بروتوكولات البحث تصمم لتجاهل هذه الأجزاء من الحمض النووى أصلا و عدم البحث عن وظائفها من البداية ثم بعد ذلك تجد من يقول لك العلم أثبت أنها خردة بينما الحقيقة أن العلماء تجاهلوها بسبب فرضيات التطور

Notably, repeat sequences such as TnG are usually considered non-functional and are discarded as junk DNA (sequences with no apparent biological function) by sequence-analysis programs, explaining why previous studies ignored these sequences when looking for fragments of DNA that bind to FOXP3.

Zhi Liu & Ye Zheng "An immune-cell transcription factor tethers DNA together" Nature NEWS AND VIEWS 29 November 2023

نفس التطورى الذى يحتج عليك بأم ما تم اكتشافه من وظائف للخردة يمثل نسبة قليلة من اجمالى حجمها هو ذاته الذى تسببت نظريته فى تصميم برمجيات و بروتوكولات بحث تتجاهل البحث فيها ابتداء و هو الذى لا زال يحرض العلماء على عدم البحث بالتأكيد على كونها خردة كما رأينا فى المقال السابق ثم يتحجج بقلة الوظائف المكتشفة برغم أن معدل الاكتشافات فى تزايد

و لطالما استدل التطوريون بأن هذه التكرارات قد تكون مصدرا للأمراض أو التشوهات و سألوا سؤالهم الشهير "لماذا يضع مصمم تسلسلات تسبب الأمراض و الأذى فى تصميماته؟" و لكن ما لم يقله التطوريون للناس أن هذه مشكلة للتصميم و التطور معا اذ أن الانتخاب الطبيعى من المفترض أن يتخلص من هذه التسلسلات الضارة و بعيدا عن هذا النقاش القديم فاليوم نجد أبحاثا و مراجعات تشير الى أن الأمراض الناجمة عن هذه التسلسلات لا تحدث بسبب وجودها و لكن بسببب خلل فى وظيفتها الأصلية...أى أنها تسلسلات وظيفية كسائر التسلسلات و المرض خلل فيها كالخلل فى أى عضو أو جين/بروتين أو تسلسل وظيفى اخر

We hypothesize that changes in the short tandem repeats between individuals lead to different amounts of transcription factor binding, which leads to changes in gene expression, which might be linked to these diseases.

"Stanford Medicine-led study clarifies how ‘junk DNA’ influences gene expression" Stanford Medicine News Center September 26, 2023

We propose reconceptualizing the pathogenic consequences of repeat expansions as aberrancies in normal gene regulation...the field of REDs [Repetitive Element Diseases] has largely focused on emergent toxic mechanisms as drivers of disease only in the setting of large STR [Short Tandem Repeats] expansions rather than considering their pathology as alterations in the native functions played by these repeats in their normal genomic contexts. Here, we propose re-framing the discussion around repetitive elements in general — and STRs in particular — within human genomes. For each STR, we suggest first considering whether the STRs associated with a human disease have any native functions at their ‘normal’ size. If a native function exists, then expansion of these STRs can be viewed primarily as an aberrancy of that native function

Shannon E Wright and Peter K Todd "Native functions of short tandem repeats" eLife Review Article Genetics and Genomics (Mar 20, 2023)

و المراجعة السابقة ذكرت وظائف كثيرة مكتشفة لهذه التكرارات فى بناء البروتينات و تركيبها معا و اعطاءها مرونة و العمل كعلامات موضعية فى الحمض النووى أثناء نقل البروتينات و الرنا لتحديد الوجهة الصحيحة و غيرها من الوظائف و طبعا ستلاحظ اللغة التطورية فى كل الأبحاث التى تصر على أن تنسب هذا للتطور بدلا من التصميم برغم أن حجة التطور الأصلية كانت كونها بلا وظيفة. و من الأمثلة أيضا على عمل التكرارات كفواصل ترقيمية جهاز المناعة و الذى شرحنا الية عمله سابقا حيث يستخدم التكرارات كفواصل بين قطع الحمض النووى التى سيتم تقطيعها و تركيبها لصناعة خلايا مناعية متنوعة و فى هذا المقطع مثلا شرح لنوع من اليات تنظيم عمل الجينات يسمى التنظيم فوق الجينى epigenetics و هو قائم على عمل بروتينات متخصصة تضع علامات على مناطق من الحمض النووى أو من بروتينات أخرى تكون اشارة لتعديل سلوكها

https://www.youtube.com/watch?v=Tj_6DcUTRnM

لاحظ كيف فى حالة الحمض النووى يكون الموضع المجهز لهذه العلامات هو CpG islands و هى تسلسلات غنية بالتكرارات CG فتعمل هنا التكرارات كمنصة لاجتذاب هذه البروتينات و تلقى اشاراتها. ان ترقيم و تنظيم الجينات يشبه الى درجة كبيرة ترقيم و تنظيم لغات البرمجة و اللغات المكتوبة أو كنظام تحكم الكترونى دقيق فبعض التسلسلات يعمل كمحفزات promoters لبدء تشغيل الجين فهو كمفتاح تشغيل و بعضها يعمل كتسلسل بدء initiation sequence ليحدد لانزيم النسخ أين يبدأ و أخرى تعمل كتسلسل انتهاء termination sequence لتحدد له اين ينتهى و أخرى تعمل كفواصل Introns بين التسلسلات المشفرة للبروتين يتم قطعها و حذفها splicing بعد ترجمة الشفرة ثم توصيل الأجزاء المشفرة لصناعة البروتين. الانترونات بالذات كانت من أكثر ما طالته القصص الخيالية و الروايات الأدبية المسماة نظرية التطور فتارة يضعون سيناريو الانترونات المبكرة introns-early و القائل بأن الانترونات بقايا من عملية تكون الجينات لم يزلها الانتخاب الطبيعى و تارة يضعون سيناريو introns-late و هى أن الانترونات قد تراكمت لاحقا "أثناء التطور" أو ربما جاءت محمولة مع غزوات فيروسية و بكتيرية للجينوم و طبعا كل هذا الخيال يتم ترويجه كحقائق و اكتشافات و هو مجرد قصص دون أن يتعب أحدهم نفسه ليحاول تفسير كيف نشأت الشفرة الجينية و اليات ترجمتها بل و كيف نشأت الة spliceosome الخاصة بالتضفير و كيف عرفت هذه الالات الجزيئية أن عليها تقطيع الانترونات و حذفها و وصل الأجزاء الأخرى و كيف ظهرت اشارات تمييز مناطق القطع فى الأماكن الصحيحة و ما الصدفة العجيبة التى جعلت الات التضفير و اشاراته تظهر بالتوازى مع الانترونات حتى لا تتلف البروتينات و غيرها من الأسئلة الى أن بدات الأبحاث تكتشف وظائف للانترونات و الأهم تكتشف أنه حتى ما لا نعرف وظائفه منها موزع بين الكائنات مختلفة التعقيد (التطور) و الجينات ذات الوظائف المختلفة من حيث كثافة التواجد و مقدار الطول بطريقة لا توحى بالعشوائية بل توحى بوظائف تنظيمية متقدمة لتنتقل الانترونات كغيرها من خانة الخردة الى خانة وظائف الترقيم و التنظيم.

These results suggest a highly non random distribution of intronic sequences in relation to gene function and tissue expression...In this study, we ignored conservation, instead basing our work on the hypothesis that many undiscovered cis-acting non-protein-coding DNA and trans-acting non-protein-coding RNA elements reside in introns...recent experiments in yeast have shown that introns may improve transcriptional and translational yield...Genes involved in differentiation and development, nonetheless, are known to be significantly larger than average and to contain large amounts of regulatory information in their introns, consistent with a ‘‘genome design’’ model.

Ryan J. Taft et al., "The relationship between non-protein-coding DNA and eukaryotic complexity" Bioessays Volume 29, Issue 3 March 2007 Pages 288-299

لقد اتضح أن الانترونات تفصل أجزاء الشفرة التى ترمز الى بروتين ليتم تقطيعها الى أجزاء و بالتالى اتاحة الفرصة لاعادة توصيل هذه القطع المنفصلة بطرق مختلفة لانتاج بروتينات مختلفة alternative splicing من نفس الشفرة/الجين/التسلسل و هو ما يشبه مفهوم مكتبات الوحدات المعاد استخدامها modularity/libraries فى لغات البرمجة حيث يتم توفير وحدات برمجية جاهزة لاعادة الاستخدام بطرق مختلفة لكتابة برامج مختلفة. بل و قد تحمل الانترونات تعليمات اعادة التضفير كذلك الى جانب وظائف تنظيمية محتملة أخرى كاحتواءها على محفزات و محسنات للنسخ و هو ما وصفته احدى الدراسات بأنه تنظيم موجود فى الانترونات فى مستوى أعمق مما كان متصورا من قبل deeper into introns than previously appreciated بل و وجدت دراسات أخرى أن طفرات الانترونات قد تسبب الأمراض كالسكر و هذا رد اضافى على تشغيبات التطورييين المستمرة القائمة على الجهل من طراز: لماذا الانترونات طويلة؟ المصمم كان قادرا على استخدام فواصل قصيرة و هذا أفضل...الخ. كل شئ يتضح أن له وظيفة فى النهاية و أن التشغيب التطورى استدلال بالجهل و هذا هو ما اكتشفناه و ربما هناك الكثير لم يكتشف بعد. ان هذه الخردة الغير وظيفية التى لا تنتج بروتينات فى الواقع عبارة عن نظام ترقيم و تنظيم متكامل

مقطع يشرح شكل مبسط من التضفير و يوضح الالات البروتينية المختلفة التى تعمل معا بتناسق لتحقيقه

https://www.youtube.com/watch?v=aVgwr0QpYNE

مقطع أكثر تفصيلا يشرح التضفير البديل و كيف ينوع منتجات الجين و البروتينات المختلفة التى تعمل بتناسق لانجازه

https://www.youtube.com/watch?v=q63JCoLDR2w

"Alternative Splicing Provides a Broad Menu of Proteins for Cells" TheScientist (Jan 13, 2020)

Barash et al., “Deciphering the splicing code” Nature 465: 53-59 (2010)

Ludmila Prokunina-Olsson et al., “Alternative Splicing of TCF7L2 Gene in Omental and Subcutaneous Adipose Tissue and Risk of Type 2 Diabetes” Human Molecular Genetics 18 (2009): 3795–3804.

Wang Y et al., "A complex network of factors with overlapping affinities represses splicing through intronic elements." Nature Structural & Molecular Biology volume 20, pages36–45 (2013)

Yang Wang et al., "Intronic splicing enhancers, cognate splicing factors and context-dependent regulation rules" Nature Structural & Molecular Biology volume 19, pages1044–1052 (2012)

Shengdong Ke & Lawrence A. Chasin, “Intronic motif pairs cooperate across exons to promote pre-mRNA splicing,” Genome Biology 11 (2010): R84

Alex Mas Monteys et al., “Structure and activity of putative intronic miRNA promoters,” RNA 16 (2010): 495–505

Christopher J. Ott et al., “Intronic enhancers coordinate epithelial-specific looping of the active CFTR locus,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 106 (2009): 19934–19939

Eric T. Wang et al., "Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes" Nature volume 456, pages470–476 (2008)

Helder I. Nakaya et al., “Genome mapping and expression analyses of human intronic noncoding RNAs reveal tissue-specific patterns and enrichment in genes related to regulation of transcription,” Genome Biology 8:3 (2007): R43.

Graveley BR (2005) Mutually exclusive splicing of the insect Dscam pre-mRNA directed by competing intronic RNA secondary structures. Cell 123: 65–73

Andrea N. Ladd and Thomas A. Cooper, “Finding signals that regulate alternative splicing in the post-genomic era,” Genome Biology 3:11 (2002): reviews0008. 1

Jingyi Hui et al., “Intronic CA-repeat and CA-rich elements: a new class of regulators of mammalian alternative splicing,” EMBO Journal 24: 1988–1998. (2005)

Roberto Marcucci, Francisco E. Baralle & Maurizio Romano, “Complex splicing control of the human Thrombopoietin gene by intronic G runs,” Nucleic Acids Research 35 (2007): 132–142.

John W. S. Brown, David F. Marshall & Manuel Echeverria, “Intronic noncoding RNAs and splicing,” Trends in Plant Science 13 (2008): 335–342.

المزيد من الردود على تشغيبات التطوريين: لماذا الانترونات طويلة؟ كان المصمم ليضع فواصل قصيرة فقط اذن لابد أنه التطور هو الذى برمج كل هذا الابداع - وجدت بعض الأبحاث أن طول الانترونات عامل مهم فى تحديد معدل حدوث عمليات التضفير البديل للاكسونات (القطع المشفرة للبروتين) exons المجاورة

Thus, intron size can profoundly influence the likelihood that an exon is constitutively or alternatively spliced...These results demonstrate that the distance between splice sites affects efficient spliceosomal assembly...larger introns may reduce splicing by decreasing the relative concentration of splicing components through competition with hnRNPs...splice-site recognition across the intron could rescue the inclusion of a weak internal exon by >10-fold

Kristi L. Fox-Walsh et al., "The architecture of pre-mRNAs affects mechanisms of splice-site pairing" PNAS Vol. 102 | No. 45 (October 31, 2005): 16176-16181

و أيضا فى ضبط مدة النسخ و هو ما يؤثر بالتبعية على توقيتات توافر المنتجات المختلفة فى الخلية لتتوافر فقط عند التوقيت الصحيح فى المرحلة الصحيحة التى تقوم فيها بوظيفتها أى أنه يعمل كساعة timer و قد خلصت احدى المقالات الى أن عدم ادراك أهمية الانترونات "الخردة" كان من أكبر أخطاء البيولوجيا الجزيئية

Ian A. Swinburne & Pamela A. Silver, “Intron Delays and Transcriptional Timing during Development,” Developmental Cell Vol. 14, ISSUE 3, P324-330, (MARCH 11,2008): 324–330

The failure to recognize the importance of introns“may well go down as one of the biggest mistakes in the history of molecular biology.”

W. Wayt Gibbs, “The Unseen Genome: Gems Among the Junk,” Scientific American (November 2003): 46–53

genomic distance per se—and, therefore, the mass of intervening nucleotides—can have functional effects...Given the scale dependence of nucleotide function, large amounts of ‘junk DNA,’ contrary to common belief, must be assumed to contribute to the complexity of gene interaction systems and of organisms.

Emile Zuckerkandl, “Why so many non-coding nucleotides? The eukaryote genome as an epigenetic machine,” Genetica 115 (2002): 105–129.

لاحظ أن المصدر الأخير لا يتحدث عن الانترونات بالذات و لكن عن التسلسلات الغير مشفرة بشكل عام انترونات أو غيره و عن أهمية "المسافات" فى عمل الجينوم و تنظيمه و هذا كلام له وقعه أيضا على معضلة حجم الجينوم. كما ترجح دراسات أخرى وظائف اضافية للانترونات ففى احدى التجارب تم حذفها من الخلية فاذا بردود الأفعال للضغوط البيئية تختل

J. Parenteau et al., “Introns are mediators of cell response to starvation” Nature 565(7741): 612 – 617

نوع اخر من التسلسلات الغير مشفرة يسمى المعززات Enhancers و هذه تعمل كمفاتيح تشغيل اضافية لزيادة معدل و كثافة نسخ الجينات التى تتحكم فيها عن طريق الارتباط بما يسمى عوامل النسخ Transcription Factors/Activators و التى تساعد عملية النسخ و الترجمة و بعض هذه العوامل التنظيمية يكون بجوار التسلسل الذى يعمل عليه cis و بعضها يكون بعيد trans و لكن لضمان أنه ليس كل شئ بعيد يمكن أن يؤثر على الجينات فتتأثر تعليمات نسخ جين بتعليمات نسخ جين اخر فهناك تسلسلات تعمل كعازل insulator لعزل تأثيرات المحفزات و المعززات فى منطقة عن أخرى

Michael Bulger & Mark Groudine, “Enhancers: The abundance and function of regulatory sequences beyond promoters,” Developmental Biology 339 (2010): 250–257.

C. Attanasio et al., “Fine Tuning of Craniofacial Morphology by Distant-Acting Enhancers” Science 342 (6157) (2013)

“Your face may have been sculpted by junk DNA” New Scientist (2013)

Y. Kitagawa et al., “Guidance of regulatory T cell development by Satb 1-dependent superenhancer establishment” Nature Immunology 18(2): 173 – 183 (2017)

D. Dickel et al., “Ultraconserved Enhancers are Required for Normal Development” Cell 172(3): 491-499.e15 (2018)

N. Gonen et al., “Sex reversal following deletion of a single distal enhancer of Sox9” Science 360(6396): 1469-1473 (2018)

Jingping Yang and Victor G. Corces "Chromatin Insulators: A Role in Nuclear Organization and Gene Expression" Advances in Cancer Research Volume 110, 2011, Pages 43-76

لاحظ كيف أن فى المصدر الأول اتضح أن المعززات بعيدة عن الجينات التى تعمل عليها و هذا من التحديات التى تجعل اكتشافها صعبا و هذا يحدث أيضا أحيانا فى حالة المحفزات promoters و كان سببا فى تصنيف بعض الجينات خطأ بأنها زائفة

و طبعا اليات التحكم لا تعمل فى اتجاه واحد ( التشغيل) ففى المقابل هناك تسلسلات تعمل كمثبطات silencers أو مسكتات وظيفتها تقليل النسخ عن طريق الارتباط بعوامل تنظيمية Transcription Factors/Repressors لكبح جماح عمل الجين. لاحظ أيضا أن تقسيمات الوظائف ليست حصرية كما ذكرنا فبامكانك أن تجد انترونات تحتوى على معززات أو عوامل تنظيمية أخرى

Amir Ali et al., “Human GLI3 Intragenic Conserved Non-Coding Sequences Are Tissue-Specific Enhancers,” PLoS One 2:4 (2007): e366

Rodrigo Louro et al., “Conserved tissue expression signatures of intronic noncoding RNAs transcribed from human and mouse loci,” Genomics 92 (2008): 18–25.

انها شبكة تنظيمية كاملة و معقدة و مترابطة على أعلى مستوى بمفاتيح تشغيل و تعطيل و ضبط لكمية و توقيت عمل الجينات المختلفة و تنسيق عملها معا و الكثير من التسلات المسئولة عن ذلك كان يقال عنها خردة بلا وظيفة

2-الأدوار الهيكلية:

لعل من الاضافات غير المتوقعة أن تسلسلات الحمض النووى لا تنحصر وظائفها فى تشفير البروتينات و الرنا و التنظيم بل ان بعضها موجود لأسباب هندسية و ميكانيكية/بيوكيميائية بحتة متعلقة ببنية الحمض النووى الهيكلية و ثباته/استقراره thermodynamic stability و مرونته و قابليته للغزل و اللف و تقسيم جيناته بين "مساحات عمل" gene spaces/spatial compartments لدرجة أن بعض الباحثين اعتبر هذه التقسيمة شفرة جينومية/مكانية Genomic Code فى حد ذاتها لها تأثير على مستوى الجينوم ككل و تتفاعل مع الشفرة الجينية Genetic Code (تحويل الجينات الى بروتينات) لتنظيم عمليات النسخ و الانتاج. للتبسيط و تقريب الصورة تخيل الأساسات و الأعمدة و الحوائط التى يتم بناءها لكى تتحمل ثقل المبنى و التقسيم المطلوب لأدواره و أجزاءه مع ملاحظة أن المبنى الذى نتحدث عنه هنا كيان مرن تقوم الات متخصصة بفتحه و غلقه و لفه و فكه فى مواضع كثيرة ليقوم بعمله و خصائص الجدران و الأعمدة و تفاعلها مع الات العمل تساعد فى تنظيم هذه العمليات لدرجة أن بعض الباحثين افترضوا أن هذه الشفرة المكانية/الهيكلية قد تكون وسيلة تنظيم اضافية لأى الجينات سيتم نسخها و بأى كمية الى جانب وسائل التنظيم الأخرى و ذلك بخلق بيئة كيميائية تحفز أو تثبط عمليات النسخ. هذه الشفرة المكانية لا تعتمد على التسلسلات فقط بل على بنية الكروماتين ككل (حمض نووى+رنا+بروتينات مثل الهستونات التى يتم لفه حولها+اشارات خاصة histone modifications/marks يتم وضعها فى أماكن معينة) فمزيج الحمض النووى و سائر مكونات الكروماتين يصنع بيئة ذات خصائص تؤثر على عمل الجينات و عوامل النسخ

Filion et al., “Systematic Protein Location Mapping Reveals Five Principal Chromatin Types in Drosophila Cells,” Cell, 143: 212-224 (October 15, 2010)

لكن ما سنهتم به الان من هذه البنية/الشفرة المتكاملة هو دور التسلسلات فقط لكن تذكر دائما أن هذه التسلسلات تتفاعل مع عوامل أخرى كثيرة لتوفير البيئة المكانية/الكيميائية المطلوبة و لا عزاء للخطوة خطوة التطورية.

the identification of a single system that is responsible for the generation of genome organization is precluded by the fact that the spatial structure emerges from: the combined effects of the linear sequences of bases; the factors that recognize and act on the nucleotides; and limitations imposed by the chromosome(s) local and external environment(s). Therefore, while there are numerous systems that are capable of regulating chromosomal organization, individually or in combination the exact contribution of each system is currently unknown.

Justin M. O’Sullivan, “Chromosome Organizaton in Simple and Complex Unicellular Organisms,” Current Issues in Molecular Biology, 13: 37-42 (2011)

كمثال بسيط فى هذا المقطع شرح لواحدة من اليات التنظيم المكانى ثلاثى الأبعاد للجينوم و هى تكوين مساحات عمل مكانية (ورش عمل أو مصانع مصغرة) Topologically associating domains TADs من الحمض النووى المطلوب تفعيله فى مقابل Lamina Associated Domains LADs و هو الحمض النووى الغير مطلوب أو قليل التفعيل و هذه الالية لها دور كبير فى تنظيم و تنسيق عمل الجينات معا خاصة ما يسمى الجينات الزائفة. لاحظ كيف يتم سحب الحمض النووى عبر مركب بروتين Cohesin الشبيه بالحلقة الى أن ترتطم البروتينات الشبيهة بالخطاطيف بالحلقة فتوقف العملية

https://www.youtube.com/watch?v=ci2LrgcsiK0

هذه الخطاطيف CCCTC-binding factor (CTCF) بروتينات ترتبط بتسلسلات حمض نووى موجودة لغرض هيكلى (لبناء هيكل اللولب المزدوج بشكل معين يسمح بالعملية) يحدد لها أماكن تموضعها حتى تقف حدود منطقة العمل عند الموقع المناسب و هذا مجرد نموذج فالأبحاث تتوالى مؤكدة وجود تسلسلات حمض نووى هدفها بناء هيكل ملائم للعمليات التى ستتم عليه تؤثر خصائصه الكيميائية على معدلات و مدى كفاءة حدوثها و أن هذه وظيفة لا تقل أهمية عن تشفير البروتينات و تنظيم انتاجها

It therefore is reasonable to propose that some DNA-binding proteins may be backbone conformation-specific (i.e., using indirect readout), rather than DNA sequence-specific.

Jason A. Greenbaum, Bo Pang & Thomas D. Tullius “Construction of a genome- scale structural map at single-nucleotide resolution,” Genome Research 17 (2007): 947–953.

The three-dimensional molecular structure of DNA, specifically the shape of the backbone and grooves of genomic DNA, can be dramatically affected by nucleotide changes, which can cause differences in protein binding affinity and phenotype...Given the plethora of regulatory functions that a genome encodes and the three-dimensional genomic architecture required to orchestrate these events, it may not be surprising that there is widespread conservation of local DNA topography. Perhaps only a subset of local structural configurations can accommodate the functional requirements of a genomic locus....structure-informed constraint is widespread in the human genome and that these regions overlap known non-coding functional sites. Because different DNA sequences can have similar local structures, these regions might escape detection with sequence-based conservation–identification methods.

Stephen C. J. Parker et al., "Local DNA Topography Correlates with Functional Non-coding Regions of the Human Genome,” Science 324 (2009): 389–392.

our view of the role of chromatin in modulating transcription has evolved dramatically, from a static physical obstacle that must be negotiated during transcription to a complex entity that dynamically exchanges information with a transcribing polymerase to facilitate its transit across the genic landscape...More striking and unexpected was the discovery that patterns of histone modification (H3K36me3) and nucleosome location preference within gene bodies reflect organizational features of mature transcript structure such as exons, as well as their splicing frequency...Viewed collectively, ENCODE data are increasingly pointing to the conclusion that chromatin and transcription are not discrete genomic forces that collide in the context of gene expression. Rather, they represent a continuum of activities, from the infrequent generation of transcripts at distal regulatory DNA, to regions of high transcriptional output that are marked by pervasive alterations in chromatin state.

John A. Stamatoyannopoulos "What does our genome encode?" Genome Research 2012 Sep; 22(9): 1602–1611

Rohit Joshi et al., "Functional specificity of a Hox protein mediated by the recognition of minor groove structure" Cell VOLUME 131, ISSUE 3, P530-543, NOVEMBER 02, 2007

A.E. Vinogradov "DNA helix: the importance of being GC rich" Nucleic Acid Research 31:1838-1844

W. Meuleman et al., "Constitutive nuclear lamina–genome interactions are highly conserved and associated with A/T-rich sequence" Genome Research 2013 Feb; 23(2): 270–280.

Giorgio Bernardi, “The Genomic Code: A Pervasive Encoding/Molding of Chromatin Structures and a Solution of the ‘Non-Coding DNA’ Mystery,” BioEssays 41, no. 12 (November 8, 2019),

نموذج اخر هو وجود تسلسلات تستخدم لتحديد المواضع التى يتم لف الحمض النووى حول بروتينات الهستون عندها (لف الحمض النووى أو غزله حول مركز بروتينى جزء مهم من الية ضغطه لبناء الكروموسومات و هو يجعله يبدو ككرات من خيط التريكو تسمى Nucleosome متصلة ببعضها البعض) و أهمية اللف من مواقع بعينها هو ضمان بقاء مواضع الارتباط و الارتكاز التى تستخدمها البروتينات الوظيفية عندما تقف على الشريط لتبدأ عملها مكشوفة فى المساحة الغير ملفوفة بين كل لفة Nucleosome و التالية و وجود هذه الاشارات وصفه بعض الباحثين بأنه "شفرة" لغزل/لف الحمض النووى

https://www.youtube.com/shorts/Ndl89DpDa08

Eran Segal et al., "A Genomic Code for nucleosome positioning" Nature 442: 772-78

Ben Wang et al., "Characterization of Z-DNA as a nucleosome boundary element in yeast" PNAS 104: 2229-34

Edward A. Sekinger et al., "Intrinsic histone-dna interactions and low nucleosome density are important for preferential accessibility of promoter regions in yeast" Molecular cell 18: 735-48

و من الأمثلة البارزة أيضا على الابداع الهندسى ما يسمى Kinetochore اللب الحركى و هو منطقة من الكروموسوم (عبوات الحمض النووى) هيكلها مصمم هندسيا للاتصال بالأنابيب الدقيقة المسئولة عن جذب الكروموسومات بعيدا عن بعضها عند انقسام الخلية الى اثنين و تساهم فى عملية تحريكها الى جوانب الخلية قبل الانقسام كما تستشعر قوى الجذب/التوتر tension فى الأنابيب لتحدد الوقت الصحيح للانقسام و فى هذا المقطع شرح لالية الجذب و عمل اللب الحركى (لاحظ تصميم روبوتات النقل بشكل يجعل أحدها ذو أرجل طويلة و الاخر بأرجل قصيرة و هذا لتجنب الارتطام و تمكين أحدهما من العبور أسفل الاخر و طبعا كل هذا من فعل اليات التطور العشوائية العمياء و كنا قد ناقشنا ابداع تصميم هذه الروبوتات و تنسيقها معا فى موضع اخر)

https://www.youtube.com/watch?v=IvJrDsRuWxQ

Xiaohu Wan et al., "Protein Architecture of the Human Kinetochore Microtubule Attachment Site" Cell VOLUME 137, ISSUE 4, P672-684, MAY 15, 2009

Ajit P. Joglekar et al., “In vivo protein architecture of the eukaryotic kinetochore with nanometer scale accuracy,” Current Biology 19 (2009): 694–699.

Iain M. Cheeseman & Arshad Desai, “Molecular architecture of the kinetochore–microtubule interface,” Nature Reviews Molecular Cell Biology 9 (2008): 33–46.

Helder Maiato et al., "The dynamic kinetochore-microtubule interface,” Journal of Cell Science 117 (2004): 5461–5477.

و قد ذكرت احدى المراجعات الشاملة عددا كبيرا من الأدوار الهيكلية التى تقوم بها التسلسلات الغير مشفرة للبروتينات و خاصة تلك المكونة من تكرارات (التكرارات من البند الأول لا تقوم بدور تنظيمى فقط و لكن بعضها له دور هيكلى أيضا) واصفة اياها بعناصر وظيفية مرنة فى برمجيات ادارة الخلية تتفاعل مع بنية هيكل الحمض النووى (الكروماتين) و اليات الوراثة فوق الجينية

REs[Repetitive Elements] are multitask units that are part of the same software system that includes regulatory RNAs, introns, and chromatin. What evidence is there for this? The known genomic/epigenetic roles of REs include the following:

•satellite repeats forming higher-order nuclear structures31,51,85;

•satellite repeats forming centromeres32,65;

•satellite repeats and other REs involved in chromatin condensation30,31,51;

•telomeric tandem repeats and LINE elements22;

•subtelomeric nuclear positioning/chromatin boundary elements74,118;

•non-TE interspersed chromatin boundary elements73

R.V.. STERNBERG "On the Roles of Repetitive DNA Elements in the Context of a Unified Genomic-Epigenetic System" Annals of the New York Academy of Sciences Volume 981, Issue 1 FROM EPIGENESIS TO EPIGENETICS: THE GENOME IN CONTEXT December 2002 Pages 154-188

و ليست تسلسلات الحمض النووى فقط هى التى تلعب أدوارا هيكلية بل بعضها يشفر لرنا RNA كان يظن أنه غير وظيفى لأنه لا يترجم الى بروتين (راجع اعتراض الضوضاء البيوكيميائية) حتى اتضح أنه يلعب أدوارا هيكلية هو الاخر فى ما يسمى التنظيم المكانى topological و التنظيم ثلاثى الأبعاد للجينوم و قد رأينا أمثلة على ذلك تقوم بها البروتينات كما فى مقطع الحلقة و الخطاطيف أعلاه و الذى رأينا فيه كيف تتم صناعة مناطق عمل Topologically Associating Domains TADs عن طريق بروتينات Cohesin/CTCF و قد وجدت احدى الدراسات مثلا أن نسخ بعض الرنا الغير المشفر فى بعض الحالات يتفاعل مع هذه الالية فيقوم بتحريك بعض قطع الحمض النووى الملفوفة حول الهستون nucleosome مما يؤثر على مواضع الحلقة و الخطاطيف

LINoCR transcription seems to drive nucleosome repositioning away from an enhancer toward a silencer, leading to the eviction of CTCF and cohesin from the latter while allowing the binding of C/BEP at the former

Johnny T. Y. Kung et al., “Long Noncoding RNAs: Past, Present, and Future” Genetics 193 (2013): 651–669.

و لكن هناك اليات متخصصة أكثر اذ تعمل بعض تسلسلات الرنا كسلاسل ربط tether تربط قطع من الحمض النووى ببروتينات أخرى أو حتى بجدار النواة أو سقالات scaffold أو أوتاد/أعمدة تثبيت لتستند اليها بروتينات أخرى عند العمل فى لف الحمض النووى أو فكه أو اصلاحه أو تنظيمه أو يكون هدفها تشكيل و دعم هيكل الحمض النووى و استقراره أو فتح/غلق أجزاء من الحمض النووى/الكروماتين حسب الرغبة فى تشغيلها. ليس هذا فقط و لكن على المستوى ثلاثى الأبعاد نجد سلاسل من الرنا الغير مشفر تأتى بأجزاء من الحمض النووى من مناطق بعيدة نسبيا عن بعضها البعض لتقريبها من بعضها صانعة مناطق عمل تتركز فيها البروتينات و أجزاء الحمض النووى المطلوبة حتى ان كانت متباعدة فى المجال ثنائى الأبعاد. لتقريب الصورة تخيل عملية الكتابة على ورقة: انها عملية ثنائية الأبعاد أنت تكتب من اليمين الى اليسار و تنزل فى الأسطر من أعلى لأسفل و لكن فجأة تأتى أذرع ميكانيكية تبدأ فى طى الورقة فيدخل البعد الثالث فى الموضوع و تأتى هذه الأذرع بجملة من أعلى الورقة الى جانب أخرى من أسفلها أو كلمة من يمينها الى جانب كلمة من يسارها فتصنع معانى جديدة متكاملة مع القديمة. و لأن بعض أجزاء هذه الأنواع من الرنا موجودة فقط لأسباب هيكلية فقد احتوت على التكرارات التى جعلت العلماء يظنون خطأ أنها خردة

Such RNA scaffolding could have regularly repeating modules and thus repetitive sequences—a feature that has long been regarded as a hallmark of junk DNA but lately is appearing to be not so junky after all.

"Revolutionary Genetics Research Shows RNA May Rule Our Genome: Scientists have recently discovered thousands of active RNA molecules that can control the human body" Scientific American (May 14, 2024)

مثال: رنا غير مشفر مشتق من التكرارات satellite repeats يقوم بدور المنصة

Chromatin‐associated RNAs produced by centromeric α‐satellite repeats, remain in cis at the transcription site and act as platforms for stable association of SUV39 histone methyltransferase enzymes

Nikolaos Stamidis and Jan Jakub Żylicz "RNA‐mediated heterochromatin formation at repetitive elements in mammals" The EMBO Journal (2023) 42: e111717

مثال: الرنا الغير مشفر بعد صناعته يرتبط بالحمض النووى صانعا منصة ترتبط بها/تقف عليها عناصر صيانة و تنظيم أخرى

Gudrun Böhmdorfer and Andrzej T. Wierzbicki "Control of chromatin structure by long noncoding RNA" Trends in Cell Biology VOLUME 25, ISSUE 10, P623-632, OCTOBER 2015

مثال: الرنا الغير مشفر و هو يعمل كرافعة تضم مواقع تعرف على مركب بروتينى معين للامساك به ثم انزاله على الحمض النووى فى موقع عمله

Jeannie T. Lee, “Lessons from X-chromosome inactivation: long ncRNA as guides and tethers to the epigenome,” Genes & Development 23 (2009): 1831–1842.

و بعيدا عن الروافع و السقالات فقد اتضح فعلا أن الرنا الغير مشفر يتم استخدامه فى سياقات كثيرة فى الخلية كعنوان دقيق يساعد مركبات البروتينات فى استهداف مواضع بعينها من الحمض النووى بدقة و الدراسة السابقة أوضحت لماذا الرنا غير المشفر أفضل بكثير من البروتينات للقيام بوظائف استهداف مناطق بعينها من الحمض النووى Locus- and allele-specific recruitment of protein factors اذ أن الرنا برغم اختلافه عن الحمض النووى لازال يستخدم نفس اللغة (نيوكليوتيدات/كودونات) مما يسهل ارتباطه بموضع نسخه من الحمض النووى مباشرة بنفس طريقة ارتباط شريطى الحمض النووى ببعضهما البعض على عكس البروتينات التى تحولت لغتها الى أحماض أمينية و تحتاج الى مواقع ارتباط مختلفة مما يجعل الرنا أنسب لاستهداف موقع بعينه بينما البروتينات أفضل لاستهداف أنواع/شبكات من المواقع. أضف الى ذلك أن سرعة تحلل الرنا ميزة هنا عندما لا يكون من المطلوب تواجده الا لفترة القيام بهذه الوظيفة

Check section: Why long ncRNAs make excellent guides and tethers for cis regulation

Jeannie T. Lee, “Lessons from X-chromosome inactivation: long ncRNA as guides and tethers to the epigenome,” Genes & Development 23 (2009): 1831–1842.

و استخدام الرنا الغير مشفر كعنوان/دليل أمر شائع فمثلا بعض منظومات الخلية تستخدمه كدليل يقود البروتينات الوظيفية الى أهداف معينة مطلوب التعامل معها و لعل أشهر مثال على ذلك منظومة CRISPR/CAS المناعية التى تم نقلها و استخدامها فى مجال الهندسة الوراثية و تستهدف جينات بعينها بالاعتماد على رنا لم يتحول الى بروتين

Brouns SJ et al., Small CRISPR RNAs guide antiviral defense in prokaryotes. Science. 2008;321:960–964.

Saito M, et al. Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease. Nature. 2023;1-3.

Jiang K, et al. Programmable RNA-guided endonucleases are widespread in eukaryotes and their viruses. bioRxiv. 2023.

Cong L, et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science. 2013;339(6121):819-823.

Koonin EV, et al. Discovery of Diverse CRISPR-Cas Systems and Expansion of the Genome Engineering Toolbox. Biochemistry. 2023.

كما اتضح أيضا أن خاصية الرنا كعنوان فريد تجعل بعض البروتينات مثل Piwi/Argo ترتبط به ليقودها الى الرنا المقابل له لاسكاته و تحطيمه فى جزء من شبكة تنظيمية كبرى تسمى تداخل الرنا RNAi/interference سنتطرق اليها بالتفصيل ان شاء الله عند الحديث عن الجينات الزائفة

Jin-Biao Ma et al., “Structural basis for 5’-end- specific recognition of guide RNA by the A. fulgidus Piwi protein,” Nature 434 (2005): 666–670.

Kuniaki Saito et al., “Specific association of Piwi with rasiRNAs derived from retrotransposon and heterochromatic regions in the Drosophila genome,” Genes & Development 20 (2006): 2214–2222

Christopher R. Faehnle & Leemor Joshua-Tor, “Argonautes confront new small RNAs,” Current Opinion in Chemical Biology 11 (2007): 569–577.

Yoshinori Kawamura et al., “Drosophila endogenous small RNAs bind to Argonaute 2 in somatic cells,” Nature 453 (2008): 793–797.

و بعيدا عن دوره كعنوان/دليل مميز نعود الى استعراض وظائف الرنا الغير مشفر الهيكلية - مثال: الرنا الغير مشفر و هو يعمل كمنصة تنسيق يتم جلب أجزاء بعيدة من الحمض النووى اليها عن طريق بروتينات و اليات أخرى

Ezgi Hacisuleyman et al., "Topological organization of multichromosomal regions by the long intergenic noncoding RNA Firre,” Nature Structural and Molecular Biology 21 (2014): 198-206.

و قد وجدت الدراسة السابقة أن هذا الرنا يقوم بتنسيق عمل أجزاء من 4 كروموسومات مختلفة 2 و 9 و 15 و 17.

مثال اخر: الرنا الغير مشفر و هو يصنع مصنع/ورش عمل compartment/hub/condensate/factory يجلب اليها مناطق متباعدة من الحمض النووى أو بروتينات و جزيئات و مكونات مختلفة مطلوبة للعمل

Quinodoz et al., RNA promotes the formation of spatial compartments in the nucleus. Cell, vol. 184, no. 23, pp. 5775–5790 4 Nov 2021

لاحظ كيف تتكامل عدة عوامل و بروتينات للقيام بالوظيفة فالمسألة ليست وجود عنصر أو مكون واحد سواءا كان رنا غير مشفر أو غيره و هذا مما يطعن بشدة فى أسطورة "الخطوة خطوة" التطورية و من الوظائف المكتشفة أيضا أن يصنع الرنا الغير مشفر منصة لتشكل الة جزيئية مركبة من الات جزيئية أخرى مستقلة حال الرغبة فى تنسيق عمل هذه الالات معا عند موقع معين فى الحمض النووى spatial regulation أو جلب واحدة لموقع عمل/ارتباط الأخرى فيكون الرنا الغير مشفر معد للارتباط بواحدة عند طرف و الأخرى عند طرف اخر

HOTAIR is a modular bifunctional RNA that has distinct binding domains for PRC2 and LSD1 complexes...Both PRC2 and LSD1 can bind multiple proteins that are thought to provide DNA target specificity (16,21). A possible consequence of the HOTAIR-mediated bridging is that PRC2 may be recruited to LSD1-CoREST-REST binding sites, and conversely, LSD1 may be recruited to PRC2 binding sites...The first 300 bp (lined boxes) of HOTAIR is necessary and sufficient to bind PRC2; the last 646 bp (meshed boxes) is necessary and sufficient to bind LSD1 complex.

In this report, we demonstrate that the lincRNA HOTAIR can link a histone methylase and a demethylase by acting as a modular scaffold. Other lincRNAs may also contain multiple binding sites for distinct protein complexes that direct specific combinations of histone modifications on target gene chromatin. Some lincRNAs may be “tethers” that recruit several chromatin modifications to their sites of synthesis, while other lincRNAs can act on distantly located genes as “guides” to affect their chromatin states.

Miao-Chih Tsai et al., "Long Noncoding RNA as Modular Scaffold of Histone Modification Complexes,” Science 329 (2010): 689–693.

John L. Rinn et al.,“Functional Demarcation of Active and Silent Chromatin Domains in Human HOX Loci by Noncoding RNAs,” Cell 129 (2007): 1311–1323.

و فى هذا النموذج أيضا رد على من يزعمون أن ما يسمى chimera/chimeric transcript النسخ المهجن بين تسلسلين دليل على العشوائية و أخطاء التصميم...كما هو واضح قد تحتاج تسلسل هجين بين تسلسلين ان كنت تريد ربط التسلسلين الأصليين معا فى بعض الأحوال و الأمثلة على الأدوار الهيكلية/البنائية للرنا كثيرة و لا زالت الاكتشافات تتوالى بالمزيد من الوظائف

Check Sections:

lncRNAs in epigenetics: Recruiters, tethers, and scaffolds

lncRNAs and nuclear compartments

Transcript or act of transcription

Johnny T. Y. Kung et al., “Long Noncoding RNAs: Past, Present, and Future” Genetics 193 (2013): 651–669.

Christopher N. Topp et al., “Centromere-encoded RNAs are integral components of the maize kinetochore,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 101 (2004): 15986–15991

Rachel J. O’Neill & Dawn M. Carone, “The role of ncRNA in centromeres: a lesson from marsupials,” Progress in Molecular and Subcellular Biology 48 (2009): 77–101.

Charles S. Bond & Archa H. Fox, “Paraspeckles: nuclear bodies built on long noncoding RNA,” Journal of Cell Biology 186 (2009): 637–644.

Christine M. Clemson et al., “An architectural role for a nuclear noncoding RNA: NEAT1 RNA is essential for the structure of paraspeckles,” Molecular Cell 33 (2009): 717–726.

Yasnory T. F. Sasaki et al., “MENe/b noncoding RNAs are essential for structural integrity of nuclear paraspeckles,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 106 (2009): 2525–2530

Simão T da Rocha & Edith Heard "Novel players in X inactivation: insights into Xist-mediated gene silencing and chromosome conformation" Nature Structural & Molecular Biology volume 24, pages197–204 (2017)

و من الملفت أن بعض ما يقوم الرنا بجلبه الى "ورش العمل" هذه جينات كان يعتقد أنها زائفة لأنها لا تمتلك اليات تنظيمية فاذا بالعلم يكتشف أنها يتم تحريكها الى مواقع يمكن أن تعمل فيها و هو مسنتناوله بالتفصيل ان شاء الله عند الحديث عن الجينات الزائفة و هذه الأمثلة السابقة عن الرنا الذى كان يقال عنه غير وظيفى تقودنا الى النوع الثالث من وظائف الخردة المزعومة

3- الرنا غير المشفر للبروتين:

One idea is that they help to form so-called condensates: dense fluid blobs containing a range of different regulatory molecules. Condensates are thought to hold all the relevant players in one place long enough for them to do their job collectively. Another idea is that lncRNAs affect the structure of chromatin—the combination of DNA and proteins that makes up chromosome fibers in the cell nucleus. How chromatin is structured determines which of its genes are accessible and can be transcribed; if parts of chromatin are too tightly packed, the enzyme machinery of transcription can’t reach it...lncRNAs could supply scaffolds for organizing other molecules, for example, by holding some of the many hundreds of RNA-binding proteins in functional assemblies...there are vault RNAs that help to transport other molecules within and between cells, “small Cajal-body-specific RNAs” that modify other ncRNAs involved in RNA processing, and more. The proliferation of ncRNA varieties lends strength to Mattick’s claim that RNA, not DNA, is “the computational engine of the cell.”

"Revolutionary Genetics Research Shows RNA May Rule Our Genome: Scientists have recently discovered thousands of active RNA molecules that can control the human body" Scientific American (May 14, 2024)

انها تساعد فى عمل مناطق تكثيف تتتجمع فيها المكونات و العناصر التنظيمية المختلفة التى تقوم بعمل مشترك. انها أيضا تؤثر على بنية الكروماتين الذى يكون الكروموسومات فتبقيه مفتوحا أو مغلقا مما يحدد امكان وصول اليات نسخ الحمض النووى للجينات. انها تصنع سقالات للامساك بالبروتينات و الجزيئات الأخرى فى تشكلات وظيفية. هناك نوع منها أيضا يستخدم فى نقل جزيئات أخرى الى أماكن مختلفة فى قلب الخلية أو بين الخلايا و نوع منها يستخدم لتعديل الأنواع الأخرى! ان كل هذا التنوع الوظيفى للرنا الغير مشفر يدعم كون الرنا هو المحرك الحقيقى للخلية أكثر من الحمض النووى

-من لقاء أجرته مجلة ساينتيفيك أميريكان مع بعض الباحثين فى مجال وظائف الرنا الغير مشفر لبروتين

تحدث عملية انتاج البروتينات عن طريق ترجمة الحمض النووى الى رنا RNA و هو عنصر وسيط يشبه الذاكرة المؤقتة RAM فى أجهزة الحاسب الالى ثم ترجمة الرنا الى بروتين. نوع اخر من الخردة المزعومة هو التسلسلات التى تترجم الى رنا RNA و لكن الرنا لاحقا لا يترجم الى بروتينات و هى تنقسم الى رنا طويل Long non coding/LncRNA و قصير Micro/MiRNA و هذان مما اتهما كثير بتهمة الضوضاء البيوكيميائية سالفة الذكر و كما رأينا بالأعلى اتضح أن لهم أدوار كثيرة فى التنظيم المكانى/ثلاثى الأبعاد و صناعة ورش العمل و فى القيام بدور عنوان أو دليل يقود البروتينات الى رنا مقابل sense/antisense أو مواضع بعينها من الحمض النووى و فى مراجعات قديمة و لكن هامة نشرت عندما بدأت طلائع نتائج مشروع انكود فى الظهور و بدأت الاعتراضات عليها قدم الباحثون أمثلة كثيرة على وظائف الرنا الغير مشفر للبروتين (أمثلة وظائف و ليس مجرد حدوث نسخ كما يزعم نقاد انكود) و لكن الأهم أنهم قدموا أدلة متعددة على وظيفية الرنا الغير مشفر الذى لم تكتشف وظائفه بعد كخضوعه لعمليات تنظيم و تعديل تختلف حسب الخلايا و الأنسجة و الظروف البيئية و المراحل النمائية (راجع الرد على اعتراض الضوضاء البيوكيميائية) و ارتباط كمية وجوده بمدى تعقيد الكائن (راجع الرد على معضلة حجم الجينوم) مع توضيح للأسباب الكثيرة التى تجعل اكتشاف وظائفه صعبا جدا مما يقطع الطريق على من يريد أن يقول أن ما لم نكتشف وظيفته بعد غير وظيفى و قدموا تنبؤا بأنه مع تطور وسائل البحث ستتكتف وظائفه و هو ما حدث و يواصل الحدوث

Many of these non-coding transcripts show developmental regulation and common structures,(102,103,103,107,108) and, in those cases that have been examined in more detail, specific cellular locations and functions.(109–112)...These observations suggest that there may be a vast hidden layer of RNA regulatory information in complex organisms and that increasing amounts of genetic information in these organisms is expressed as and transacted by RNA.(115,116) This suggestion is supported by the finding that many genetic phenomena in the higher organisms, such as imprinting, co-suppression, RNA interference and chromatin modification, involve RNA signaling (for recent reviews see Refs (116,117)). It is also supported by the unfolding discovery of new classes of small regulatory RNAs, including increasing numbers of miRNAs that control a range of developmental processes in plants and animals, via control of mRNA translation and degradation,(114,118,119) and other RNAs such

as snoRNAs that modify other RNAs(120,121) and testis specific piRNAs whose function has yet to be determined but which are evolving rapidly.(122,123). The evidence for a central role of RNA in eukaryotic evolution and gene regulation has been presented in detail elsewhere.(62,104,116)

Ryan J. Taft et al., "The relationship between non-protein-coding DNA and eukaryotic complexity" Bioessays Volume 29, Issue 3 March 2007 Pages 288-299

it is now evident that most complex genetic and epigenetic phenomena in eukaryotes are RNA-directed. These include RNA interference-related processes such as transcriptional and post-transcriptional gene silencing [proceeds to mention more examples]...The recent recognition that ncRNAs function in various aspects of cell biology has prompted a reconsideration of functional polymorphisms located in non-coding regions. The majority of genome-wide association studies to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with disease susceptibility have mapped the variation to non-coding regions, with a number overlapping expressed ncRNAs [proceeds to mention examples]

The rapidly increasing number of individual ncRNAs implicated in various biological processes, involving a vast range of mechanisms [138], ranging from DNA replication [144, 166] to VDJ recombination [167], suggest we are likely only at the beginning of discovering the biological capabilities and functional repertoires of RNA.

We anticipate there will be an avalanche of such studies in the coming years, with in vivo strategies also being used to determine the biological processes in which individual ncRNAs may be involved

M. Dinger et al., (2009) "Pervasive Transcription of the eukaryotic genome: functional indices and conceptual implications" Briefings in Functional Genomics, 8(6): 407 – 423

و قد صدقت تنبؤاتهم فبعدها ببضع سنوات و فى ذروة الهجوم على انكود و الحملة الاعلامية التى تزعم أنه لم يكتشف وظائف بل اكتشف فقط عمليات نسخ خرجت مراجعة أخرى لعشرات الأبحاث تعدد الكثير من وظائف الرنا الغير مشفر التى تم اكتشافها فذكرت منها مثلا الكثير من العمليات التنظيمية سواءا أثناء نمو و تمايز الأنسجة المختلفة للجنين و توجيه الخلايا الجذعية pluripotency أو أثناء العمل العادى للخلية أو أثناء عمليات التضفير و التضفير البديل splicing أو بالمساعدة فى العمليات فوق الجينية epigenetic و القائمة على وضع علامات على مناطق من الحمض النووى تعمل كاشارات للبروتينات لتقوم بأفعال معينة. كما ذكرت أنواعا مختلفة لاستخدامات الرنا الغير مشفر للبروتين تجعله يصنع شبكة كاملة من التفاعلات التى تربط الكثير من عمليات الخلية ببعضها البعض بأساليب تسمى الشراك/الفخاخ decoys و التنظيم المشترك coregulator و التنافس compete و التداخل interfere و التحكم فى الاستقرار stabilize/decay/degrade و محاكاة الهدف mimicry/sink و غيرها من التفاعلات التى تقوم فيها عناصر الرنا غير المشفرة بدعم هياكل رنا مشفر فتزيد استقرارها أو استهدافها لتقليل استقرارها و التسبب فى تحللها أو التداخل معها لتعطيلها أو منافستها على أهدافها أو غلق طريق الهدف أمامها أو محاكاة أهدافها لابعادها عنها...الخ و هذه الشبكة المعقدة تصنع فى النهاية عدد كبير من العوامل و الطرق التى تؤثر على معدل عمل أى عملية فى الخلية و تربط عدة عمليات ببعضها البعض فتصنع حالة من التنسيق الجماعى بين هذه العمليات المختلفة تتيح تعديل عدة عمليات معا (بضغطة زر واحد ان جاز التعبير) كما تصنع عدة طرق للتأثير على العملية الواحدة مما يسهل ضبط معدل حدوثها بدقة شديدة و تغييره بسرعة شديدة ان لزم الأمر و قد تم التفصيل فى هذا الأمر أكثر فى مقال الجينات الزائفة اذ أن الكثير من الرنا الغير مشفر المستخدم فى هذه العمليات قادم منها.

Johnny T. Y. Kung et al., “Long Noncoding RNAs: Past, Present, and Future” Genetics 193 (2013): 651–669.

و طبعا ستلاحظ النفس التطورى العالى فى الدراسة و محاولة تجنب القول بالتصميم بأى ثمن و اختراع القصص و الحكايات و الحواديت التى لا تنتهى: ربما هى تسلسلات فى طريقها الى التطور لتصبح جينات – ربما هى مجرد شبكة من التفاعلات تصادف أن وجدت فاستغلها التطور - ربما تكون الكثير من الأشياء التى تبدو وظيفية ليست بالأهمية التى نتخيلها...الخ أو كما يقولون

We must also keep in mind that the genome may not be a streamlined, highly sculpted space honed by natural selection; it could instead be quite noisy, even wasteful, where genomic junk and evolutionary relics accumulate but may yet adopt useful functions eventually.

يجب أن تذكر دائما ان الجينوم ربما لا يكون منظما منسقا منحوتا بانسيابية و فعالية على يد الانتخاب الطبيعى بل ربما يكون مليئا بالضوضاء و الاهدار و الخردة و البقايا التطورية. هكذا تعود نظرية التطور لتلقى سمومها و فرضياتها الفاشلة وسط البيانات و الحقائق فان وجدنا التنظيم و التنسيق و الابداع و "النحت الانسيابى" فهو التطور و لكن لا بأس من أن نفترض الفوضى و العشوائية و الحلول الخرقاء الترقيعية من أجل التطور و لا مشكل أبدا فى الاستدلال بالشئ و عكسه! و لكن الشاهد فى النهاية هو وجود الوظائف لهذه التسلسلات بغض النظر عن "الأدب الروائى" المسمى نظرية التطور و قد كان أصحاب هذه المراجعة برغم محاولات ترقيعهم للبيانات مع المنظور التطورى أكثر حيادا من مهاجمى انكود فقد أوصوا بأن السبيل الأفضل هو المزيد من الأبحاث و هو عكس ما طالب به مروجى التطور المهاجمين لانكود و توالت الاكتشافات بالمزيد و المزيد من الأدوار المحورية للرنا غير المشفر فى شتى العمليات الخلوية و لا زالت المراجعات التى ترصدها تتوالى

regulate many aspects of cell differentiation and development and other physiological processes. Many lncRNAs associate with chromatin-modifying complexes, are transcribed from enhancers and nucleate phase separation of nuclear condensates and domains, indicating an intimate link between lncRNA expression and the spatial control of gene expression during development. lncRNAs also have important roles in the cytoplasm and beyond, including in the regulation of translation, metabolism and signalling. lncRNAs often have a modular structure and are rich in repeats, which are increasingly being shown to be relevant to their function...participate in virtually all levels of genome organization, cell structure and gene expression, through RNA–RNA, RNA–DNA and RNA–protein interactions, often involving repeat elements, including small interspersed nuclear elements in 3′ untranslated regions. These interactions are involved in the regulation of chromatin architecture and transcription (see later), splicing (especially by antisense lncRNAs), protein translation and localization, and other forms of RNA processing, editing, localization and stability. Many lncRNAs are involved in the regulation of cell differentiation and development in animals and plants. They also have roles in physiological processes such as (in mammals) the p53-mediated response to DNA damage, V(D)J recombination and class switch recombination in immune cells, cytokine expression, endotoxic shock, inflammation and neuropathic pain, cholesterol biosynthesis and homeostasis, growth hormone and prolactin production, glucose metabolism, cellular signal transduction and transport pathways, synapse function and learning, and have roles in the response to various biotic and abiotic stresses in plants. There is also an emerging association of lncRNAs with the cell membrane and with ribozymes.

John S. Mattick ET AL., "Long non-coding RNAs: definitions, functions, challenges and recommendations" Nature Reviews Molecular Cell Biology volume 24, pages430–447 (2023)

لاحظ كيف يضم الرنا الوظيفى أيضا عناصر أخرى مما كان يقال عنها خردة مثل التكرارات و الينقولات و ستلاحظ أيضا كيف تظهر المراجعة السابقة خضوع الرنا الى عمليات تضفير بديل على نطاق واسع لصناعة هياكل متعدد الصفات تقوم بوظائف متباينة توضح لك كم المعلوماتية و التصميم الموجود فيه و كأنه ذراع الى فى مصنع قادر على اتخاذ أوضاع و عمليات تهيئة configurations متعددة لقيام بوظائف مختلفة

https://www.youtube.com/watch?v=t5jroSCBBwk&t=101s

من جديد لاحظ كمية الأجزاء المختلفة المطلوب وجودها و تنسيقها لاتمام كل الوظيفة و لا عزاء للخطوة خطوة التطورية. كل هذا و نحن لم نتحدث بعد دور الرنا الغير مشفر فى الوراثة اللاماركية الفوق الجينية حيث يتم تعبئته فى حويصلات و اطلاقه فى مجرى الدم لينقل الرسائل بين الخلايا و بعضها البعض وصولا الى الخلايا التكاثرية لنقل رسائل معلوماتية الى الجيل القادم

Corrado Spadafora "The epigenetic basis of evolution" Progress in Biophysics and Molecular Biology Volume 178, March 2023, Pages 57-69

الى هنا تتبقى لنا الجينات الزائفة و الحمض النووى النقال (و هى المجموعة التى تضم الفيروسات القهقرية/المنسوخة عكسيا) و سنخصص لهذه الأنواع من الخردة مقالات مستقلة ان شاء الله لشيوع الاستدلال بها لدى التطوريين و حتى ذلك الحين نقول:

ان ما سبق من التقارير هو مجرد عينة اذ لا يمكن حصر الأبحاث كلها التى أشارت الى أدوار ما كان يعتقد أنه خردة أو جينات ميتة أو فيروسات فى العمليات التنظيمية فى قلب الخلية و اصلاح الحمض النووى و تنويع منتجات الجينات و التحكم فى عمليات نسخ و مقدار عمل الجينات الأخرى و تعديل الرنا RNA بعد النسخ و مكافحة الأمراض و تنظيم النمو الجنينى و غير ذلك. الأهم من ذلك أنه يقدم ما يمكن تسميته مبدأ عمل proof of concept فعندما نقول أن التكرارات تستخدم لفهرسة الجينوم فان هذا لا يعنى بالتأكيد أنها قاصرة على ما تم اكتشافه من مشغلات و عندما نقول أن هناك تسلسلات حمض نووى أو رنا تعمل كأساسات أو سقالات أو روافع أو عناوين أو الات خلوية بشكل عام فان هذا أيضا لا يعنى قصور هذه الأدوار على النماذج المكتشفة بل هو مبدأ عمل يمكن أن تندرج تحته وظائف الكثير من التسلسلات التى لم تكتشف بعد فلا معنى لأن يتحجج التطورى بأن نسبة التسلسلات التى اكتشفت وظائفها نسبة قليلة من الاجمالى خاصة فى ضوء ما ذكرنا أمثلة عليه فى المقالة الأولى من تسارع وتيرة الاكتشافات من جهة و من جهة أخرى حربهم الشعواء على فكرة ظهور وظائف الخردة و محاولاتهم تثبيط الباحثين عن البحث فيها بشتى الطرق و كتابة الكتب و المقالات و خوض المناظرات للتأكيد على أن معظم الجينوم خردة - بعبارة أخرى هم يثبطون الباحثين عن دراستها ثم يستدلون بقلة الوظائف المكتشفة!!

لقد انتهت أسطورة الحمض النووى الخردة الى الأبد فلم يعد هناك ما يسمى بحمض نووى بلا وظيفة بل حمض نووى لم نكتشف وظيفته بعد فماذا كان رد فعل التطوريون؟ اما التظاهر بأن شيئا لم يكن و نسبة كل هذا التصميم الى الابداعات و الابتكارات التطورية برغم أنهم يستميتون لنفى التصميم و الابداع و الابتكار فاذا ما اكتشفوه نسبوه الى التطور و اما الاستمرار فى أسلوب "تطور الفجوات" و التحجج بأن ما لم نكتشف وظيفته بعد بلا وظيفة. هؤلاء هم من يتهمون أنصار التصميم بتعطيل التقدم العلمى! أرجو أن تلاحظ أن الكثير من الاكتشافات سابقة على الاعلان الرسمى عن نتائج انكود و مع ذلك كان التطوريون يتجاهلونها و لهذا فان ضجة انكود الاعلامية أذتهم بشدة لأنها أفسدت عليهم استغلال جهل الناس باخر نتائج الأبحاث – الجهل الذى عولوا عليه طويلا لترويج الخردة و لهذا ثارت ثائرتهم و اتهموا علماء المشروع بحب الظهور الاعلامى و جاءت تصريحات كتلك التى رأيناها عن ضرورة اصلاح ما فسد. ما الذى فسد بالضبط؟ أن العلم تقدم أم أن الناس عرفت أنه تقدم؟ أم أن دليلا "اعلاميا" على التطور سقط؟

و يستمر توالى الأبحاث و اكتشاف وظائف كثيرة للرنا الغير مشفر للبروتين بأنواعه الطويل و القصير و الدائرى فى عمليات الاستقلاب و التمثيل الغذائى و نمو العظام و العضلات و الأعصاب و المخ و تنظيم الكثير من عمليات الخلية و البروتينات الوظيفية فيها كالانقسام و التكاثر و التخصص و تنظيم ردود الأفعال للضغوط البيئية و تنظيم عمليات شفاء جروح و التهابات واصابات الأنسجة المختلفة و تنظيم عمل الجينات و تضفير منتجاتها و فى ضبط هيكل الحمض النووى (الكروماتين) و التنظيم ثلاثى الأبعاد لتوزيعه فى نواة الخلية (ابعاد الحمض النووى الغير مستخدم حاليا الى أطراف النواة و ربطه هناك و جلب المستخدم الى القلب قرب ما يحتاجه من تسلسلات و بروتينات أخرى...الخ) و غيرها من الوظائف حتى أصبح الجينوم يلقب بأنه الة رنا RNA Machine بقى فقط أن نحل ما تبقى من ألغازها (و بعض هذا الرنا بالمناسبة مشتق من ينقولات و جينات زائفة و هى أنواع أخرى من الحردة)

Johnny T. Y. Kung et al., “Long Noncoding RNAs: Past, Present, and Future” Genetics 193 (2013): 651–669.

Paulo P. Amaral, Marcel E. Dinger, Tim R. Mercer & John S. Mattick, “The Eukaryotic Genome as an RNA Machine,” Science 319 (2008): 1787–1789.

Pei Han and Ching-Pin Chang, "Long non-coding RNA and chromatin remodeling,” RNA Biology 12 (2015): 1094-1098.

Sofia Quinodoz and Mitchell Guttman, "Long noncoding RNAs: an emerging link between gene regulation and nuclear organization,” Trends in Cell Biology 24 (2014): 651-663.

Hall LL. Et al., 2014. Stable C0T‐1 repeat RNA is abundant and is associated with euchromatic interphase chromosomes. Cell 156: 907-919.

Creamer KM. et al., 2021. Nascent RNA scaffolds contribute to chromosome territory architecture and counter chromatin compaction. Molecular Cell 81: 3509-3525.

Zheng Chen, “Progress and prospects of long noncoding RNAs in lipid homeostasis,” Molecular Metabolism 5 (2015): 164-170.

S. A. Lavrov & M. V. Kibanov, “Noncoding RNAs and Chromatin Structure,” Bio-chemistry (Moscow) 72 (2007): 1422–1438.

Antonio Rodríguez-Campos & Fernando Azorín, “RNA Is an Integral Component of Chromatin that Contributes to Its Structural Organization,” PLoS One 2:11 (2007): e1182.

Barbora Malecová & Kevin V Morris, “Transcriptional gene silencing through epigenetic changes mediated by non-coding RNAs,” Current Opinion in Molecular Therapeutics 12 (2010): 214–222.

Daniel P. Caley et al., “Long noncoding RNAs, chromatin, and development,” ScientificWorldJournal 10 (2010): 90–102.

Tanmoy Mondal, Markus Rasmussen, Gaurav Kumar Pandey, Anders Isaksson & Chandrasekhar Kanduri, “Characterization of the RNA content of chromatin,” Genome Research 20 (2010): 899–907.

Shaohai Xu, Peng Chen, and Lei Sun, "Regulatory networks of non-coding RNAs in brown/beige adipogenesis,” Bioscience Reports 35 (2015)

Jing Ouyang, Jiayue Hu, and Ji-Long Chen, "LncRNAs regulate the innate immune response to viral infection,” Wiley Interdisciplinary Reviews RNA 7 (2016): 129-143.

Jennifer C. Chow et al., "LINE-1 activity in facultative heterochromatin formation during X chromosome inactivation,” Cell 141 (2010): 956–969.

Alessandro Rosa and Monica Ballarino, "Long noncoding RNA regulation of pluripotency,” Stem Cells International 2016 (2016): 1797692.

Wenwen Jia, Wen Chen, and Jiuhong Kang, "The functions of microRNAs and long non-coding RNAs in embryonic and induced pluripotent stem cells,” Genomics Proteomics Bioinformatics 11 (2013): 275-283.

Thomas C. Roberts, Kevin V. Morris, and Matthew J. A. Wood, "The role of long non-coding RNAs in neurodevelopment, brain function and neurological disease,” Philosophical Transactions of the Royal Society of London B 369 (2014): 20130507.

Mu Zhu et al., "Lnc-mg is a long non-coding RNA that promotes myogenesis" Nature Communications volume 8, Article number: 14718 (2017)

Coralee E. Tye et al., "Regulation of osteogenesis by long noncoding RNAs: An epigenetic mechanism contributing to bone formation" Connective Tissue Research Volume 59, 2018 - Issue sup1

Mohammad Q. Hassan, Coralee E. Tye, Gary S. Stein, and Jane B. Lian, "Non-coding RNAs: Epigenetic regulators of bone development and homeostasis,” Bone 81 (2015): 746—756.

Nguyen P. T. Huynhet al., "Emerging roles for long non-coding RNAs in skeletal biology and disease,” Connective Tissue Research (June 2, 2016): 1—26.

Mao Nie et al., "Noncoding RNAs, emerging regulators of skeletal muscle development and diseases,” Biomed Research International 2015 (2015): 676575.

Lila Allou et al., "Non-coding deletions identify Maenli lncRNA as a limb-specific En1 regulator" Nature volume 592, pages93–98 (10 February 2021)

Zong Y et al.,. Decoding the regulatory roles of non-coding RNAs in cellular metabolism and disease. Mol Ther. 2023 Jun 7;31(6):1562-1576.

Johnston RJ, Hobert O. A microRNA controlling left/right neuronal asymmetry in Caenorhabditis elegans, Nature, 2003, vol. 426 (pg. 845-9)

John S. Mattick and Igor V. Makunin, “Non-coding RNA,” Human Molecular Genetics, 15 (2006): R17-R29.

A. Pagano, et al., “New small nuclear RNA gene-like transcriptional units as sources of regulatory transcripts,” PLoS Genetics, 3 (February, 2007): e1

L.C. Li et al., “Small dsRNAs induce transcriptional activation in human cells,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 103 (November 14, 2006): 17337-42;

Bethany A. Janowski et ak., “Inhibiting gene expression at transcription start sites in chromosomal DNA with antigene RNAs,” Nature Chemical Biology, 1 (September, 2005): 216-22;

A. Goodrich, and J. F. Kugel, “Non-coding-RNA regulators of RNA polymerase II transcription,” Nature Reviews Molecular and Cell Biology, 7 (August, 2006): 612-16;

Dongqing Li et al., "Human skin long noncoding RNA WAKMAR1 regulates wound healing by enhancing keratinocyte migration" PNAS Vol. 116 | No. 19 April 24, 2019: 9443-9452

Zhou, M. et al. (2013). Constitutive expression of a miR319 gene alters plant development and enhances salt and drought tolerance in transgenic creeping bentgrass. Plant Physiol. 161, 1375–1391.

Li, Y. et al., (2014). Multiple rice microRNAs are involved in immunity against the blast fungus Magnaporthe oryzae. Plant Physiol. 164, 1077–1092.

Gao, P. et al., (2011). osa-MIR393: a salinity- and alkaline stress-related microRNA gene. Mol. Biol. Rep. 38, 237–242.

Kettles, G. J. et al., (2013). Resistance of Arabidopsis thaliana to the green peach aphid, Myzus persicae, involves camalexin and is regulated by microRNAs. New Phytol. 198, 1178–1190.

Vidisha Tripathi et al., “The nuclear-retained noncoding RNA MALAT1 regulates alternative splicing by modulating SR splicing factor phosphorylation,” Molecular Cell 39 (2010): 925–938.

Gennadi V. Glinsky, “Phenotype-defining functions of multiple non-coding RNA pathways,” Cell Cycle 7 (2008): 1630–1639.

Eugene V. Makeyev & Tom Maniatis, “Multilevel Regulation of Gene Expression by MicroRNAs,” Science 319 (2008): 1789–1790

Hao Zeng et al., "MicroRNA 34a promotes ionizing radiation-induced DNA damage repair in murine hematopoietic stem cells" FASEB Journal 2019 Jul;33(7):8138-8147

Zixin Chen et al., "MiR322 mediates cardioprotection against ischemia/reperfusion injury via FBXW7/Notch pathway" Journal of Molecular and Cellular Cardiology 2019 Aug; 133: 67–74.

Basak Icli et al., "MicroRNA-135a-3p regulates angiogenesis and tissue repair by targeting p38 signaling in endothelial cells" FASEB Journal 2019 Apr;33(4):5599-5614.

Michelle M J Mens and Mohsen Ghanbari "Cell Cycle Regulation of Stem Cells by MicroRNA" Stem Cemm Reviews and Reports 2018 Jun;14(3):309-322.

Per Johnsson et al., "Transcriptional kinetics and molecular functions of long noncoding RNAs" Nature Genetics volume 54, pages306–317 (2022)

Zhang N, et al. Cell surface RNAs control neutrophil recruitment. Cell VOLUME 187, ISSUE 4, P846-860.E17, FEBRUARY 15, 2024

"Cell Surface RNA Helps Neutrophils Get Around" The Scientist (Apr 2, 2024)

"Deleting a MicroRNA Cluster Reversed Biological Sex in Mice" TheScientist Jul 10, 2024