في جميع الكائنات الحية (باستثناء بعض الفيروسات) ، يتم تنفيذ المادة الجينية وفقًا لنظام DNA-RNA-protein. في المرحلة الأولى ، تتم إعادة كتابة (نسخ) المعلومات من حمض نووي إلى آخر. تسمى البروتينات التي تنظم هذه العملية عوامل النسخ.
ما هو النسخ
النسخ هو التخليق الحيوي لجزيء الحمض النووي الريبي على أساس قالب الحمض النووي. هذا ممكن بسبب تكامل بعض القواعد النيتروجينية التي تشكل الأحماض النووية. يتم التوليف بواسطة إنزيمات متخصصة - بوليميرات RNA ويتم التحكم فيها بواسطة العديد من البروتينات المنظمة.
لا يتم نسخ الجينوم بأكمله دفعة واحدة ، ولكن جزء معين منه فقط يسمى transcripton. يتضمن الأخير مروجًا (موقع ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي) ونهاية (تسلسل ينشط إكمال التوليف).
نسخة بدائية النواة عبارة عن أوبرا يتكون من عدة جينات هيكلية (سيسترونات). بناءً عليه ، يتم تصنيع الحمض النووي الريبي متعدد الخلايا ،تحتوي على معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية لمجموعة من البروتينات ذات الصلة وظيفيًا. تحتوي نسخة حقيقيات النوى على جين واحد فقط.
الدور البيولوجي لعملية النسخ هو تشكيل تسلسل قالب الحمض النووي الريبي ، على أساس توليف البروتين (الترجمة) الذي يتم إجراؤه في الريبوسومات.
تخليق الحمض النووي الريبي في بدائيات النوى وحقيقيات النوى
مخطط تخليق الحمض النووي الريبي هو نفسه لجميع الكائنات الحية ويتضمن 3 مراحل:
- بدء - ربط البوليميراز بالمحفز ، تفعيل العملية
- استطالة - تمديد سلسلة النيوكليوتيدات في الاتجاه من 3 'إلى 5' مع إغلاق روابط الفسفودايستر بين القواعد النيتروجينية ، والتي يتم اختيارها مكملة لمونومرات الحمض النووي.
- الإنهاء هو إكمال عملية التركيب.
في بدائيات النوى ، يتم نسخ جميع أنواع الحمض النووي الريبي بواسطة بوليميريز RNA واحد ، يتكون من خمسة بروتومرات (β ، β '، ω ووحدتان فرعيتان α) ، والتي تشكل معًا إنزيمًا أساسيًا قادرًا على زيادة سلسلة الريبونوكليوتيدات. هناك أيضًا وحدة إضافية σ ، والتي بدونها يكون من المستحيل ربط البوليميراز بالمروج. يسمى مجمع اللب وعامل سيجما holoenzyme.
على الرغم من حقيقة أن الوحدة الفرعية σ لا ترتبط دائمًا بالنواة ، إلا أنها تعتبر جزءًا من بوليميريز الحمض النووي الريبي. في حالة الانفصال ، لا تستطيع سيجما الارتباط بالمروج ، فقط كجزء من الإنزيم المجسم. بعد الانتهاء من البدء ، ينفصل هذا البروتومر عن اللب ، ويتم استبداله بعامل استطالة.
ميزةبدائيات النوى هي مزيج من عمليات الترجمة والنسخ. تنضم الريبوسومات على الفور إلى الحمض النووي الريبي الذي يبدأ في التصنيع وبناء سلسلة من الأحماض الأمينية. يتوقف النسخ بسبب تكوين هيكل دبوس الشعر في منطقة المنهي. في هذه المرحلة ، ينهار مجمع DNA-polymerase-RNA.
في الخلايا حقيقية النواة ، يتم النسخ بواسطة ثلاثة إنزيمات:
- RNA polymerase l - يصنع 28S و 18S-ribosomal RNA.
- RNA polymerase ll - ينسخ الجينات التي تشفر البروتينات والحمض النووي الريبي النووي الصغير.
- RNA polymerase lll - مسؤول عن تخليق tRNA و 5S rRNA (وحدة فرعية صغيرة من الريبوسومات).
لا أحد من هذه الإنزيمات قادر على بدء النسخ دون مشاركة بروتينات معينة توفر التفاعل مع المحفز. جوهر العملية هو نفسه كما في بدائيات النوى ، ولكن كل مرحلة تكون أكثر تعقيدًا بمشاركة عدد أكبر من العناصر الوظيفية والتنظيمية ، بما في ذلك العناصر المعدلة للكروماتين. في مرحلة البدء وحدها ، يشارك حوالي مائة بروتين ، بما في ذلك عدد من عوامل النسخ ، بينما في البكتيريا ، تكفي وحدة سيجما الفرعية للارتباط بالمحفز وفي بعض الأحيان تكون هناك حاجة إلى مساعدة المنشط.
أهم مساهمة للدور البيولوجي للنسخ في التخليق الحيوي لأنواع مختلفة من البروتينات تحدد الحاجة إلى نظام صارم للتحكم في قراءة الجينات.
تنظيم النسخ
في أي خلية لا تتحقق المادة الجينية بالكامل: يتم نسخ جزء فقط من الجينات ، بينما الباقي غير نشط. هذا ممكن بفضل المجمعالآليات التنظيمية التي تحدد من أي مقاطع الحمض النووي وبأي كمية سيتم تصنيع تسلسل الحمض النووي الريبي.
في الكائنات أحادية الخلية ، يكون للنشاط التفاضلي للجينات قيمة تكيفية ، بينما في الكائنات متعددة الخلايا ، فإنه يحدد أيضًا عمليات التطور الجنيني والتكوين الجيني ، عندما تتشكل أنواع مختلفة من الأنسجة على أساس جينوم واحد.
يتم التحكم في التعبير الجيني على عدة مستويات. أهم خطوة هي تنظيم النسخ. المعنى البيولوجي لهذه الآلية هو الحفاظ على الكمية المطلوبة من البروتينات المختلفة المطلوبة من قبل خلية أو كائن حي في لحظة معينة من الوجود.
هناك تعديل للتخليق الحيوي على مستويات أخرى ، مثل معالجة وترجمة ونقل الحمض النووي الريبي من النواة إلى السيتوبلازم (الأخير غائب في بدائيات النوى). عندما يتم تنظيمها بشكل إيجابي ، تكون هذه الأنظمة مسؤولة عن إنتاج بروتين يعتمد على الجين المنشط ، وهو المعنى البيولوجي للنسخ. ومع ذلك ، يمكن تعليق السلسلة في أي مرحلة. تؤدي بعض الميزات التنظيمية في حقيقيات النوى (المحفزات البديلة ، والتضفير ، وتعديل مواقع تعدد الأدينلة) إلى ظهور متغيرات مختلفة من جزيئات البروتين بناءً على تسلسل الحمض النووي نفسه.
نظرًا لأن تكوين الحمض النووي الريبي هو الخطوة الأولى في فك تشفير المعلومات الجينية عن طريق التخليق الحيوي للبروتين ، فإن الدور البيولوجي لعملية النسخ في تعديل النمط الظاهري للخلية يكون أكثر أهمية بكثير من تنظيم المعالجة أو الترجمة
تحديد نشاط جينات معينة كما فيفي كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، يحدث في مرحلة البدء بمساعدة مفاتيح محددة ، والتي تشمل المناطق التنظيمية للحمض النووي وعوامل النسخ (TFs). لا يكون تشغيل هذه المفاتيح مستقلاً ، ولكنه يخضع لرقابة صارمة للأنظمة الخلوية الأخرى. هناك أيضًا آليات للتنظيم غير المحدد لتخليق الحمض النووي الريبي ، والتي تضمن المرور الطبيعي لبدء الاستطالة والانتهاء.
مفهوم عوامل النسخ
على عكس العناصر التنظيمية للجينوم ، فإن عوامل النسخ عبارة عن بروتينات كيميائية. من خلال الارتباط بمناطق معينة من الحمض النووي ، يمكنهم تنشيط أو تثبيط أو تسريع أو إبطاء عملية النسخ.
اعتمادًا على التأثير الناتج ، يمكن تقسيم عوامل النسخ بدائيات النوى وحقيقيات النوى إلى مجموعتين: المنشطات (بدء أو زيادة شدة تخليق الحمض النووي الريبي) والمثبطات (قمع أو تمنع العملية). حاليًا ، تم العثور على أكثر من 2000 TFs في كائنات مختلفة.
تنظيم النسخ في بدائيات النوى
في بدائيات النوى ، يحدث التحكم في تخليق الحمض النووي الريبي بشكل أساسي في مرحلة البدء بسبب تفاعل TF مع منطقة معينة من النسخة - عامل يقع بجوار المروج (أحيانًا يتقاطع معه) و ، في الواقع ، هو موقع هبوط للبروتين التنظيمي (المنشط أو المكبِط). تتميز البكتيريا بطريقة أخرى للتحكم التفاضلي في الجينات - تخليق وحدات فرعية بديلة مخصصة لمجموعات مختلفة من المروجين.
تعبير عامل جزئييمكن تنظيمها في مراحل الاستطالة والإنهاء ، ولكن ليس بسبب TFs المرتبطة بالحمض النووي ، ولكن بسبب البروتينات التي تتفاعل مع بوليميريز الحمض النووي الريبي. وتشمل هذه بروتينات Gre والعوامل المضادة لإنهاء Nus و RfaH.
يتأثر استطالة وإنهاء النسخ في بدائيات النوى بطريقة معينة من خلال تخليق البروتين المتوازي. في حقيقيات النوى ، يتم فصل كل من هذه العمليات نفسها وعوامل النسخ والترجمة مكانيًا ، مما يعني أنها ليست مرتبطة وظيفيًا.
المنشّطات و المكثّفات
بدائيات النوى لديها آليتان لتنظيم النسخ في مرحلة البدء:
- إيجابي - يتم تنفيذه بواسطة بروتينات منشط ؛
- سلبي - يسيطر عليها المكثف
عندما يتم تنظيم العامل بشكل إيجابي ، فإن ارتباط العامل بالمشغل ينشط الجين ، وعندما يكون سالبًا ، يتم إيقافه. تعتمد قدرة البروتين التنظيمي على الارتباط بالحمض النووي على ارتباط الليجند. عادة ما يتم لعب دور الأخير بواسطة مستقلبات خلوية منخفضة الوزن الجزيئي ، والتي تعمل في هذه الحالة كمنشطات وكوابح.
تعتمد آلية عمل المكثف على تداخل مناطق المروج والمشغل. في المشغلات بهذه البنية ، يؤدي ارتباط عامل بروتيني بالحمض النووي إلى إغلاق جزء من موقع هبوط بوليميريز الحمض النووي الريبي ، مما يمنع الأخير من بدء النسخ.
تعمل المنشطات على معززات ضعيفة ومنخفضة الوظائف والتي لا يتم التعرف عليها بشكل جيد بواسطة بوليميرات الحمض النووي الريبي أو يصعب صهرها (خيوط حلزونية منفصلةمطلوب DNA لبدء النسخ). من خلال الانضمام إلى المشغل ، يتفاعل عامل البروتين مع البوليميراز ، مما يزيد بشكل كبير من احتمال البدء. المنشطون قادرون على زيادة كثافة النسخ بمقدار 1000 مرة.
يمكن لبعض TFs بدائية النواة أن تعمل كمنشّطات ومثبطات اعتمادًا على موقع المشغل بالنسبة إلى المروج: إذا تداخلت هذه المناطق ، فإن العامل يمنع النسخ ، وإلا فإنه يطلق.
| دالة يجند فيما يتعلق بالعامل | حالة يجند | لائحة سلبية | اللائحة الإيجابية |
| يوفر الانفصال عن الحمض النووي | الانضمام | إزالة البروتين الكابح تفعيل الجين | إزالة البروتين المنشط ، إيقاف الجينات |
| يضيف العامل إلى الحمض النووي | حذف | إزالة Repressor ، إدراج النسخ | إزالة المنشط ، إيقاف النسخ |
يمكن اعتبار التنظيم السلبي في مثال مشغل التربتوفان لبكتيريا E. coli ، والذي يتميز بموقع المشغل ضمن تسلسل المروج. يتم تنشيط البروتين المثبط عن طريق ربط جزيئين من التربتوفان ، مما يغير زاوية مجال ربط الحمض النووي بحيث يمكن أن يدخل الأخدود الرئيسي للحلزون المزدوج. عند وجود تركيز منخفض من التربتوفان ، يفقد المكبِط ليجنده ويصبح غير نشط مرة أخرى. بمعنى آخر ، تكرار بدء النسخيتناسب عكسيا مع كمية المستقلب.
تجمع بعض العوامل البكتيرية (على سبيل المثال ، اللاكتوز) بين آليات تنظيمية إيجابية وسلبية. مثل هذا النظام ضروري عندما لا تكون إشارة واحدة كافية للتحكم العقلاني في التعبير. وهكذا ، يقوم أوبرون اللاكتوز بترميز الإنزيمات التي تنتقل إلى الخلية ثم تكسر اللاكتوز ، وهو مصدر طاقة بديل أقل ربحية من الجلوكوز. لذلك ، فقط عند التركيز المنخفض من الأخير ، يرتبط بروتين CAP بالحمض النووي ويبدأ النسخ. ومع ذلك ، لا ينصح بهذا إلا في حالة وجود اللاكتوز ، والذي يؤدي غيابه إلى تنشيط مثبط اللاك ، الذي يمنع وصول البوليميراز إلى المحفز حتى في وجود شكل وظيفي من البروتين المنشط.
بسبب بنية الأوبون في البكتيريا ، يتم التحكم في العديد من الجينات بواسطة منطقة تنظيمية واحدة و 1-2 TFs ، بينما في حقيقيات النوى ، يحتوي الجين الفردي على عدد كبير من العناصر التنظيمية ، كل منها يعتمد على العديد من العناصر الأخرى عوامل. يتوافق هذا التعقيد مع المستوى العالي لتنظيم حقيقيات النوى ، وخاصة الكائنات متعددة الخلايا.
تنظيم توليف mRNA في حقيقيات النوى
يتم تحديد التحكم في التعبير الجيني حقيقي النواة من خلال العمل المشترك لعنصرين: حقائق نسخ البروتين (TF) وتسلسل الحمض النووي التنظيمي الذي يمكن أن يكون موجودًا بجوار المحفز ، أعلى بكثير منه ، في الإنترونات أو بعد الجين (يعني منطقة الترميز ، وليس الجين بمعناه الكامل).
تعمل بعض المناطق كمفاتيح ، والبعض الآخر لا يتفاعلمباشرة مع TF ، ولكن إعطاء جزيء الحمض النووي المرونة اللازمة لتشكيل بنية تشبه الحلقة التي تصاحب عملية التنشيط النسخي. تسمى هذه المناطق الفواصل. تشكل جميع التسلسلات التنظيمية مع المروج منطقة التحكم في الجينات.
من الجدير بالذكر أن عمل عوامل النسخ نفسها ليس سوى جزء من تنظيم معقد متعدد المستويات للتعبير الجيني ، حيث يتم إضافة عدد كبير من العناصر إلى المتجه الناتج ، والذي يحدد ما إذا كان RNA سوف في نهاية المطاف من منطقة معينة من الجينوم.
عامل إضافي في التحكم في النسخ في الخلية النووية هو التغيير في بنية الكروماتين. هنا ، يوجد كل من التنظيم الكلي (الذي يتم توفيره من خلال توزيع مناطق الكروماتين المتغاير والكروماتين الحقيقي) والتنظيم المحلي المرتبط بجين معين. لكي يعمل البوليميراز ، يجب التخلص من جميع مستويات انضغاط الحمض النووي ، بما في ذلك الجسيم النووي.
يرتبط تنوع عوامل النسخ في حقيقيات النوى بعدد كبير من المنظمين ، والتي تشمل مكبرات الصوت وكواتم الصوت (المعززات وكواتم الصوت) ، فضلاً عن عناصر المحول والعوازل. يمكن أن توجد هذه المواقع بالقرب من الجين وعلى مسافة كبيرة منه (حتى 50 ألف نقطة أساس).
المحسنات وكواتم الصوت وعناصر المحول
المعززات عبارة عن حمض نووي قصير متسلسل قادر على تحفيز النسخ عند التفاعل مع بروتين منظم. تقريب مكبر الصوت إلى منطقة المروج للجينيتم إجراؤه بسبب تكوين بنية تشبه الحلقة من الحمض النووي. إن ارتباط المنشط بالمُحسِّن إما يحفز تجميع معقد البدء أو يساعد البوليميراز على المضي قدمًا في الاستطالة.
يحتوي المُحسِّن على هيكل معقد ويتكون من عدة مواقع وحدة نمطية ، لكل منها بروتين تنظيمي خاص بها.
كاتمات الصوت هي مناطق الحمض النووي التي تقمع أو تستبعد تمامًا إمكانية النسخ. لا تزال آلية تشغيل هذا المفتاح غير معروفة. إحدى الطرق المفترضة هي احتلال مناطق كبيرة من الحمض النووي بواسطة بروتينات خاصة من مجموعة SIR ، والتي تمنع الوصول إلى عوامل البدء. في هذه الحالة ، يتم إيقاف تشغيل جميع الجينات الموجودة ضمن بضعة آلاف من الأزواج الأساسية من كاتم الصوت.
تشكل عناصر المحول بالاقتران مع TFs التي ترتبط بها فئة منفصلة من المحولات الجينية التي تستجيب بشكل انتقائي لهرمونات الستيرويد و AMP الدوري و glucocorticoids. هذه الكتلة التنظيمية مسؤولة عن استجابة الخلية للصدمة الحرارية ، والتعرض للمعادن وبعض المركبات الكيميائية.
من بين مناطق التحكم في الحمض النووي ، هناك نوع آخر من العناصر مميز - العوازل. هذه تسلسلات محددة تمنع عوامل النسخ من التأثير على الجينات البعيدة. لم يتم توضيح آلية عمل العوازل بعد.
عوامل النسخ حقيقية النواة
إذا كانت عوامل النسخ في البكتيريا لها وظيفة تنظيمية فقط ، ففي الخلايا النووية توجد مجموعة كاملة من TFs التي توفر بدء الخلفية ، ولكنها في نفس الوقت تعتمد بشكل مباشر على الارتباط بـالبروتينات التنظيمية للحمض النووي. عدد وتنوع الأخير في حقيقيات النوى هائل. وهكذا ، في جسم الإنسان ، تبلغ نسبة التسلسلات المشفرة لعوامل نسخ البروتين حوالي 10٪ من الجينوم.
حتى الآن ، لم يتم فهم TFs حقيقية النواة جيدًا ، وكذلك آليات تشغيل المفاتيح الجينية ، التي يكون هيكلها أكثر تعقيدًا بكثير من نماذج التنظيم الإيجابي والسلبي في البكتيريا. على عكس الأخير ، لا يتأثر نشاط عوامل نسخ الخلايا النووية بواحد أو اثنين ، ولكن بالعشرات وحتى المئات من الإشارات التي يمكن أن تعزز بعضها البعض أو تضعفها أو تستبعد بعضها البعض.
من ناحية ، يتطلب تنشيط جين معين مجموعة كاملة من عوامل النسخ ، ولكن من ناحية أخرى ، قد يكون بروتين تنظيمي واحدًا كافيًا لتحفيز التعبير عن عدة جينات بواسطة آلية التعاقب. هذا النظام بأكمله عبارة عن كمبيوتر معقد يعالج الإشارات من مصادر مختلفة (خارجية وداخلية) ويضيف تأثيراتها إلى النتيجة النهائية بعلامة زائد أو ناقص.
لا تتفاعل عوامل النسخ التنظيمية في حقيقيات النوى (المنشطات والمثبطات) مع المشغل ، كما هو الحال في البكتيريا ، ولكن مع مواقع التحكم المنتشرة على الحمض النووي وتؤثر على البدء من خلال الوسطاء ، والتي يمكن أن تكون بروتينات وسيطة ، وعوامل مجمع البدء والانزيمات التي تغير تركيب الكروماتين
باستثناء بعض TFs المضمنة في مجمع ما قبل البدء ، تحتوي جميع عوامل النسخ على مجال ربط الحمض النووي الذي يميزلهم من العديد من البروتينات الأخرى التي تضمن المرور الطبيعي للنسخ أو تعمل كوسطاء في تنظيمها.
أظهرت الدراسات الحديثة أن TFs حقيقية النواة يمكن أن تؤثر ليس فقط على بدء النسخ ولكن أيضًا على استطالة النسخ.
التنوع والتصنيف
في حقيقيات النوى ، هناك مجموعتان من عوامل نسخ البروتين: القاعدية (تسمى عامة أو رئيسية) والتنظيمية. الأول مسؤول عن التعرف على المروجين وإنشاء مجمع ما قبل البدء. مطلوب لبدء النسخ. تتضمن هذه المجموعة عدة عشرات من البروتينات الموجودة دائمًا في الخلية ولا تؤثر على التعبير التفاضلي للجينات.
مجمع عوامل النسخ القاعدية هو أداة مشابهة في وظيفتها لوحدة سيجما الفرعية في البكتيريا ، فقط أكثر تعقيدًا ومناسبة لجميع أنواع المروجين.
تؤثر عوامل من نوع آخر على النسخ من خلال التفاعل مع تسلسل الحمض النووي التنظيمي. نظرًا لأن هذه الإنزيمات خاصة بالجينات ، فهناك عدد كبير منها. من خلال الارتباط بمناطق جينات معينة ، فإنها تتحكم في إفراز بروتينات معينة.
يعتمد تصنيف عوامل النسخ في حقيقيات النوى على ثلاثة مبادئ:
- آلية العمل ؛
- ظروف وظيفية ؛
- بنية مجال ربط الحمض النووي.
وفقًا للميزة الأولى ، هناك فئتان من العوامل: القاعدية (تتفاعل مع المحفز) والالتزام بمناطق المنبع (المناطق التنظيمية الموجودة في الجزء العلوي من الجين). هذا النوعيتوافق التصنيف بشكل أساسي مع التقسيم الوظيفي لـ TF إلى عام وخاص. تنقسم عوامل المنبع إلى مجموعتين حسب الحاجة إلى تنشيط إضافي.
وفقًا لخصائص الأداء ، يتم تمييز TFs التأسيسية (موجودة دائمًا في أي خلية) وقابلة للتحفيز (ليست مميزة لجميع أنواع الخلايا وقد تتطلب آليات تنشيط معينة). تنقسم عوامل المجموعة الثانية ، بدورها ، إلى خلايا محددة (المشاركة في مرحلة التطور ، تتميز بالتحكم الصارم في التعبير ، ولكنها لا تتطلب التنشيط) وتعتمد على الإشارة. يتم تمييز الأخير وفقًا لنوع وطريقة عمل إشارة التنشيط.
التصنيف الهيكلي لعوامل نسخ البروتين واسع للغاية ويتضمن 6 فئات فائقة ، والتي تشمل العديد من الفئات والعائلات.
مبدأ العملية
عمل العوامل القاعدية هو تجميع متسلسل للوحدات الفرعية المختلفة مع تكوين مجمع بدء وتفعيل النسخ. في الواقع ، هذه العملية هي الخطوة الأخيرة في عمل البروتين المنشط.
يمكن لعوامل محددة تنظيم النسخ في خطوتين:
- تجميع مجمع البدء
- الانتقال إلى الاستطالة المنتجة.
في الحالة الأولى ، يتم تقليل عمل TFs المحددة إلى إعادة الترتيب الأساسي للكروماتين ، بالإضافة إلى تعيين وتوجيه وتعديل الوسيط والبوليميراز والعوامل القاعدية على المروج ، مما يؤدي إلى التنشيط من النسخ. العنصر الرئيسي في إرسال الإشارة هو الوسيط - وهو مجمع مكون من 24 وحدة فرعية تعمل فيهكوسيط بين البروتين التنظيمي و RNA polymerase. تسلسل التفاعلات فردي لكل جين والعامل المقابل له.
يتم تنظيم الاستطالة بسبب تفاعل العامل مع بروتين P-Tef-b ، مما يساعد RNA polymerase على التغلب على التوقف المرتبط بالمحفز.
الهياكل الوظيفية لـ TF
عوامل النسخ لها بنية معيارية وتؤدي عملها من خلال ثلاثة مجالات وظيفية:
- ربط الحمض النووي (DBD) - مطلوب للتعرف والتفاعل مع المنطقة التنظيمية للجين.
- Trans-activating (TAD) - يسمح بالتفاعل مع البروتينات التنظيمية الأخرى ، بما في ذلك عوامل النسخ.
- التعرف على الإشارة (SSD) - مطلوب لإدراك ونقل الإشارات التنظيمية.
في المقابل ، يحتوي مجال ربط الحمض النووي على أنواع عديدة. الدوافع الرئيسية في هيكلها ما يلي:
- "أصابع الزنك" ؛
- homeodomain ؛
- "β"-طبقات ؛
- حلقات ؛
- "ليوسين البرق" ؛
- حلزوني حلزوني ؛
- حلزوني بدوره لولبي
بفضل هذا المجال ، "يقرأ" عامل النسخ تسلسل نوكليوتيدات الحمض النووي في شكل نمط على سطح اللولب المزدوج. نتيجة لذلك ، من الممكن التعرف على بعض العناصر التنظيمية.
يعتمد تفاعل الزخارف مع لولب الحمض النووي على المراسلات الدقيقة بين أسطح هذهالجزيئات.
تنظيم وتوليف TF
هناك عدة طرق لتنظيم تأثير عوامل النسخ على النسخ. وتشمل هذه:
- التنشيط - تغيير في وظيفة العامل فيما يتعلق بالحمض النووي بسبب الفسفرة أو الارتباط الترابطي أو التفاعل مع البروتينات التنظيمية الأخرى (بما في ذلك TF) ؛
- النقل - نقل عامل من السيتوبلازم إلى النواة ؛
- توافر موقع الربط - يعتمد على درجة تكثيف الكروماتين (في حالة الكروماتين المتغاير ، لا يتوفر الحمض النووي لـ TF) ؛
- مجموعة من الآليات التي تتميز أيضًا ببروتينات أخرى (تنظيم جميع العمليات من النسخ إلى التعديل اللاحق للترجمة والتوطين داخل الخلايا).
الطريقة الأخيرة تحدد التركيب الكمي والنوعي لعوامل النسخ في كل خلية. بعض الصناديق قادرة على تنظيم تركيبها وفقًا لنوع التغذية المرتدة الكلاسيكي ، عندما يصبح منتجها مثبطًا للتفاعل. في هذه الحالة ، يؤدي تركيز معين من العامل إلى إيقاف نسخ الجين الذي يشفره.
عوامل النسخ العامة
هذه العوامل ضرورية لبدء نسخ أي جينات وتم تحديدها في التسمية كـ TFl و TFll و TFlll اعتمادًا على نوع بوليميريز الحمض النووي الريبي الذي تتفاعل معه. يتكون كل عامل من عدة وحدات فرعية.
تؤدي الصناديق القاعدية ثلاث وظائف رئيسية:
- الموقع الصحيح لبوليميراز RNA على المروج ؛
- فك سلاسل الحمض النووي في منطقة بداية النسخ ؛
- تحرير البلمرة منالمروج لحظة الانتقال إلى الاستطالة ؛
ترتبط بعض الوحدات الفرعية لعوامل النسخ القاعدية بالعناصر التنظيمية للمروج. الأهم هو صندوق TATA (ليس من سمات جميع الجينات) ، ويقع على مسافة "-35" من النيوكليوتيدات من نقطة البدء. تتضمن مواقع الربط الأخرى تسلسلات INR و BRE و DPE. بعض الصناديق لا تتصل مباشرة بالحمض النووي.
تشتمل مجموعة عوامل النسخ الرئيسية لبوليميراز RNA على TFllD و TFllB و TFllF و TFllE و TFllH. يشير الحرف اللاتيني في نهاية التسمية إلى ترتيب اكتشاف هذه البروتينات. وهكذا ، فإن العامل TFlllA ، الذي ينتمي إلى lll RNA polymerase ، كان أول عامل يتم عزله.
| الاسم | عدد الوحدات الفرعية للبروتين | الوظيفة |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAFs) | ترتبط TBP بصندوق TATA وتتعرف TAFs على تسلسلات المروج الأخرى |
| TFllB | 1 | يتعرف على عنصر BRE ، ويوجه بدقة البوليميراز في موقع البدء |
| TFllF | 3 | يستقر تفاعل البلمرة مع TBP و TFllB ، ويسهل ربط TFllE و TFllH |
| TFllE | 2 | يربط ويعدل TFllH |
| TFllH | 10 | يفصل سلاسل الحمض النووي عند نقطة البداية ، ويحرر إنزيم توليف الحمض النووي الريبي من المحفز وعوامل النسخ الرئيسية (الكيمياء الحيويةتعتمد العملية على الفسفرة في المجال الطرفي Cer5-C لبوليميراز الحمض النووي الريبي) |
يحدث تجميع TF القاعدية فقط بمساعدة المنشط والوسيط والبروتينات المعدلة للكروماتين.
محدد TF
من خلال التحكم في التعبير الجيني ، تنظم عوامل النسخ هذه عمليات التخليق الحيوي لكل من الخلايا الفردية والكائن الحي بأكمله ، من التطور الجنيني إلى التكيف الظاهري مع الظروف البيئية المتغيرة. يشمل مجال تأثير قوة العمل 3 كتل رئيسية:
- تطوير (جنين وجنس) ؛
- دورة الخلية
- الاستجابة للإشارات الخارجية.
مجموعة خاصة من عوامل النسخ تنظم التمايز المورفولوجي للجنين. تم ترميز مجموعة البروتين هذه بواسطة تسلسل إجماع خاص يبلغ 180 نقطة أساس يسمى homeobox.
من أجل تحديد الجين الذي يجب نسخه ، يجب أن "يجد" البروتين التنظيمي ويرتبط بموقع DNA محدد يعمل كمفتاح جيني (مُحسِّن ، كاتم للصوت ، إلخ). يتوافق كل تسلسل من هذا القبيل مع واحد أو أكثر من عوامل النسخ ذات الصلة التي تتعرف على الموقع المطلوب بسبب مصادفة التوافقات الكيميائية لجزء خارجي معين من الحلزون ومجال ربط الحمض النووي (مبدأ قفل المفتاح). للاعتراف ، يتم استخدام منطقة من البنية الأساسية للحمض النووي تسمى الأخدود الرئيسي.
بعد الارتباط بعمل DNAيطلق بروتين المنشط سلسلة من الخطوات المتتالية التي تؤدي إلى تجميع مجمع ما قبل البدء. المخطط العام لهذه العملية هو كما يلي:
- ارتباط المنشط بالكروماتين في منطقة المروج ، توظيف مجمعات إعادة ترتيب تعتمد على ATP.
- إعادة ترتيب الكروماتين ، تنشيط البروتينات المعدلة للهيستون.
- التعديل التساهمي للهيستونات ، جذب البروتينات المنشط الأخرى.
- ربط البروتينات المنشطة الإضافية بالمنطقة التنظيمية للجين.
- مشاركة وسيط و فريق عمل عام.
- تجميع مجمع ما قبل البدء على المروج
- تأثير بروتينات المنشط الأخرى ، وإعادة ترتيب الوحدات الفرعية لمجمع ما قبل البدء.
- بدء النسخ.
قد يختلف ترتيب هذه الأحداث من جين إلى آخر.
لهذا العدد الكبير من آليات التنشيط ، هناك مجموعة واسعة من أساليب القمع. أي ، من خلال تثبيط إحدى المراحل في طريق البدء ، يمكن للبروتين التنظيمي أن يقلل من فعاليته أو يمنعه تمامًا. في أغلب الأحيان ، يقوم المكثف بتنشيط عدة آليات في وقت واحد ، مما يضمن عدم وجود النسخ.
تحكم منسق في الجينات
على الرغم من حقيقة أن لكل نسخة نظام تنظيمي خاص بها ، فإن حقيقيات النوى لديها آلية تسمح ، مثل البكتيريا ، ببدء أو إيقاف مجموعات الجينات التي تهدف إلى أداء مهمة محددة. يتم تحقيق ذلك من خلال عامل تحديد النسخ الذي يكمل التوليفاتالعناصر التنظيمية الأخرى اللازمة لأقصى قدر من التنشيط أو قمع الجين.
في النسخ الخاضعة لمثل هذا التنظيم ، يؤدي تفاعل المكونات المختلفة إلى نفس البروتين ، والذي يعمل بمثابة ناقل ناتج. لذلك ، فإن تنشيط هذا العامل يؤثر على عدة جينات في وقت واحد. يعمل النظام على مبدأ الشلال
يمكن اعتبار مخطط التحكم المنسق في مثال التمايز الجيني لخلايا العضلات الهيكلية ، والتي تكون أسلافها هي الخلايا العضلية.
يتم تشغيل نسخ الجينات التي تشفر تخليق البروتينات المميزة لخلية عضلية ناضجة عن طريق أي من العوامل العضلية الأربعة: MyoD و Myf5 و MyoG و Mrf4. تنشط هذه البروتينات تخليق نفسها وبعضها البعض ، وتشمل أيضًا جينات عامل النسخ الإضافي Mef2 وبروتينات العضلات الهيكلية. يشارك Mef2 في تنظيم المزيد من التمايز بين الخلايا العضلية ، مع الحفاظ في نفس الوقت على تركيز البروتينات العضلية المنشأ من خلال آلية ردود فعل إيجابية.
