: تنظیم بیان ژن در یوکاریوتها

!نگاه کلی

مقدار اطلاعات موجود در یاخته‌های یوکاریوتی خیلی بیشتر از پروکاریوتهاست. فرصت عمل در جایگاه‌های متفاوت از ((هسته سلول)) تا ((سیتوپلاسم)) برای تنظیم کننده‌ها نیز بیش از پروکاریوتهاست. اطلاعات ژنتیکی در یوکاریوتها در ((کروموزوم|ساختارهای کروموزومی)) که اغلب پیچیدگی زیادی دارند نهفته است و رونویسی و بروز ژنها در آنها کاهش تراکم قبلی این ساختار را ایجاب می‌کند. بنابراین در یوکاریوتها سیستمهای تنظیم کننده بیشتر ، دقیقتر و بویژه پیاپی هستند. این سیستمها در جایگاهها و در حد ساختارهای متفاوت سلولی عمل می‌کنند و می‌توانند وابسته به یکدیگر باشند. به عنوان مثال ((تنظیم بیان ژن مالتوز)) در بسیاری از یوکاریوتها نیز دیده می‌شود.

پروموترهای یوکاریوت اغلب شامل چندین جایگاه اتصال برای فعال کننده‌ها هستند و در بسیاری از موارد ، فعال سازی به توالیهایی نیاز دارد که از نقطه شروع نسخه برداری فاصله زیادی دارند. فقط تعداد کمی از ژنهای یوکاریوتی بوسیله ((گیرنده~رپرسور)) کنترل می‌شوند و نسخه برداری اکثر ژنهای یوکاریوتی ، در عدم حضور یک فعال کننده انجام پذیر نیست. در پروکاریوتها ، معمولا پروتئینهای تنظیمی و جایگاههای اتصال آنها هر دو شناخته شده است. در حالی که در یوکاریوتها در بسیاری از موارد فقط توالیهای تنظیم کننده DNA مورد شناسایی قرار گرفته است. تنها در موارد معدودی ، پروتئینهای تنظیمی یوکاریوتی و مکانیسم ((تنظیم نسخه برداری)) ، مورد بررسی قرار گرفته است.

!توالیهای شناسایی شونده بوسیله فعال کننده‌ها

تاکنون دو نوع معمول از توالیهای DNA یوکاریوتی که بوسیله فعال کننده‌ها باند می‌شود، شناخته شده است. یک نوع توالی فعال __~~green:(Upstream Activating Sequenc)~~__ یا UAS می‌باشد که در ناحیه Upstream بسیاری از ژنهایی که فعال کننده آنزیمهای متابولیک در یوکاریوتهای تک سلولی ، مانند ((مخمر)) یافت شده است. این توالیها بوسیله فعال کننده‌هایی که سرعت شروع نسخه برداری از پروموتوهای مربوطه را به شدت افزایش می‌دهند، باند می‌شوند.

نوع دیگری از توالیهای فعال ، __~~green:Enhancer~~__ می‌باشد که در یوکاریوتهای چند سلولی یافت می‌شود. برخلاف UAS ، Enhancerها می‌توانند در '5 یا '3 یک ژن قرار گیرند و حتی در صورت فاصله زیاد از جایگاه شروع نسخه برداری قادرند نسخه برداری را تحت تاثیر قرار دهند.

!تنظیم متابولیسم گالاکتوز در مخمرها

یکی از ژنهای یوکاریوتیک که توالی UAS و پروتئینهای باند شونده به آن ، هر دو مورد شناسایی قرار گرفته است، ژنی است که توسط پروتئین GAL₄ در ((مخمر نان|ساکارومایسین سروزیه)) کنترل می‌شود. پروتئین GAL₄ مونومری است با وزن مولکولی 99000 که نسخه برداری حداقل 5 ((ژن|ژن)) را کنترل می‌نماید. از آن جمله می‌توان ژنهای GAL₁₀ و __~~green:گالاکتوز پرمه‌آز~~__ را کد می‌نمایند.

در ژنوم مخمر ، این ژنها در دو طرف UAS قرار دارند و در دو جهت مخالف نسخه برداری می‌شوند. پروموترهای این دو ژن در یک ناحیه 680 جفت بازی که دو ژن را از یکدیگر جدا می نمایند، قرار گرفته‌اند. همچنین در ناحیه بین دو پروموتر، یک UAS جای گرفته است. با اتصال پروتئین GAL₄ به UAS ، UAS نسخه برداری هر دو ژن GAL₁ و GAL₁₀ را 1000 برابر افزایش می‌دهد.

!قسمتهای تشکیل دهنده UAS

UAS ((گالاکتوز)) از چهار جایگاه جداگانه مخصوص اتصال GAL₄ تشکیل یافته است که به ترتیب از شماره I تا IV شماره گذاری شده است. هر یک از این جایگاه‌های اتصال ، از یک توالی 17 جفت بازی مشابه تشکیل یافته است و دارای تقارن دو طرفی است. میل ترکیبی GAL₄ برای پیوند با هر یک از جایگاههای اتصال یکسان نیست و اتصال بین حداقل دو جایگاه (IV,III) به صورت همکاری انجام می‌گیرد.

هر چند آزمایشات نشان می‌دهند که سرعت نسخه برداری ژنهای GAL₁ و GAL₁₀ ، با تعداد مولکولهای GAL₄ باند شده به UAS ارتباط مستقیم دارد، فعالیت نسخه برداری به اشغال هر چهار جایگاه اتصال بوسیله GAL₄ نیازی ندارد. بنابراین اثر GAL₄ یک اثر اضافی است به این صورت که هر مولکول GAL₄ بطور مستقل در تحریک نسخه برداری شرکت دارد.

!قسمتهای تشکیل دهنده GAL₄

GAL₄ از دو domain تشکیل شده است، یکی مسئول باند شدن به ((ساختمان DNA|DNA)) و دیگری مسئول تحریک نسخه برداری ژنهای ناحیه down stream می‌باشد. همانند اپرونهای کد کننده آنزیمهای متابولیک در پروکاریوتها ، ژنهای GAL₁₀ , GAL₄ تنها در حضور سوبسترا که در این مورد گالاکتوز می‌باشد، نسخه برداری می‌شوند.

در عدم حضور گالاکتوز ، GAL₄ از طریق domain مسئول باند به DNA به UAS گالاکتوز متصل می‌شود ولی domain مسئول تحریک نسخه برداری آن ، بوسیله یک پروتئین تنظیم کننده منفی به نام GAL₈₀ باند می‌شود. اتصال Gal₈₀ به GAL₄ از فعال سازی نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ توسط GAL₄ جلوگیری به عمل می‌آورد. با این حال در حضور گالاکتوز ، گالاکتوز به GAL₈₀ باند سبب جدا شدن آن از GAL₄ می‌شوند. در این حالت GAL₄ قادر است نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ را فعال نماید.

!ممانعت از نسخه برداری بوسیله گلوکز

هر چند، هر دو ژن GAL₁₀ , GAL₁ در حضور گلوکز نیز به صورت منفی تنظیم می‌شوند، کنترل این ژنها پیچیده تر از اینهاست این ممانعت از نسخه برداری بوسیله گلوکز ، مشابه جلوگیری کاتابولیتی در پروکاریوتهاست و در صورت حضور هر دو نوع قند (((گلوکز)) و ((گالاکتوز))) GAL₁₀ , GAL₁ در سرعتهای پایین ، نسخه برداری می‌شوند. گلوکز ، نسخه برداری GAL₁₀ , GAL₁ را از طریق جلوگیری از باند شدن GAL₄ به UAS گالاکتوز بلوکه می‌کند.

اینکه آیا گلوکز عملا به GAL₄ باند می‌شود یا GAL₁₀ , GAL₁ بوسیله یک متابولیسمی از گلوکز تحریک می‌شوند، هنوز نامشخص است. بطور کلی domainهای فعالیت پروتئینهای یوکاریوتیک ، مانند GAL₄ خیلی کم مورد شناسایی قرار گرفته ولی آنها را در سه طبقه تقسیم می‌نمایند.

#تعدادی از domoianهای فعالیت ، شامل نواحی طویلی هستند که یک آلفا هلیکس ((دارای خاصیت آبدوستی و آب گریزی~آمفی پاتیک)) با بار منفی را تشکیل می‌دهند. یک مثال از این نوع پروتئینها GAL₄ می‌باشد. برای فعال سازی نسخه برداری ، domain فعالیت GAL₄ لازم و ضروری است.

#تعدادی از domainهای فعالیت ، پروتئینهای غنی از ((گلوتامین)) هستند. پروتئین SP₁ دارای domain از این نوع است قدرت فعال کردن نسخه برداری SP₁ با برداشتن دو domain غنی از گلوتامین آن ، به شدت کاهش می‌یابد.

#تعدادی از domainهای فعالیت ، پروتئینهایی غنی از پرولین هستند. پروتئین CTF شامل domainای از این نوع است چگونگی تحریک نسخه برداری توسط domainهای فعالیت ، هنوز ناشناخته است ولی ممکن است، از طریق درگیر کردن پروتئینهای دیگر نزدیک RNA پلی مراز П ، اثر خود را اعمال نمایند. به عنوان مثال آزمایشات انجام شده در مخمرها نشان می‌دهند که GAL₄ مستقیما با ((ساختمان RNA|RNA)) پلی مراز П وارد واکنش نمی‌شود بلکه اثر خود را از طریق ((پروتئین)) دیگری اعمال می کند.

!کنترل بیان ژن توسط توالیهای افزایش دهنده یا (Enhancers)

Enhancer نوع دوم از توالیهای فعال می‌باشد که در ارتباط با بسیاری از ژنهای کلاس П یافت شده‌اند. این توالیهای DNA بوسیله سه خصوصیت مشخص می‌گردند:

#Enhancerها اغلب در هر جهتی فعال هستند.

#Enhancer قادرند نسخه برداری را حتی در صورتی که از نقطه شروع آن هزاران جفت باز فاصله داشته باشند، تحت تاثیر قرار دهند. آنها بعضی اوقات در یک ((قسمتهایی از ژن که در ساختار پروتئین وارد نمی‌شود~انترون)) یا در انتهای '3 یک ژن قرار دارند.

#Enhancer ها، نسخه برداری هر ژنی در مجاورشان را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

بررسیها نشان می‌دهند که Enhancerها ، بسیاری از ژنهای ویروسی را نیز فعال می‌نمایند. این نوع Enhancerها که تحت عنوان ، Enhancerهای ویروسی شناخته می‌شوند، برای انجام عمل خود به فعال کننده‌های خاصی نیاز دارند. این ، خودش توجیهی است بر این سوال که چرا بعضی از ((ویروس|ویروسها)) ، تنها در میزبانهای خاصی قادر به رشد هستند.

!روشهای عمل Enhancer

به نظر می‌رسد که Enhancerها در 4 روش متفاوت عمل می‌کنند.

# ممکن است، یک فعال کننده به یک Enhancer متصل و تحریک نسخه برداری را سبب شود، یا اینکه به جذب RNA پلی مراز به پروموتر ، کمک نماید. Enhancerهایی که به عنوان عناصر حساس به ((هورمون)) شناخته شده‌اند، به این روش عمل می‌نمایند.

# حضور Enhancerها ممکن است ((ساختمان DNA)) را در مجاورت ژنی که نسخه برداری می‌شود، تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین این ناحیه از DNA را بیشتر در دسترس RNA پلی مراز قرار می‌دهند. مشاهده نسبتهای متفاوتی از ''پیریمیدین/ پورین'' در بسیاری از این Enhancerها که پذیرش ترکیب ساختمانی غیر طبیعی را در Invivo سبب می‌شود، این تئوری را حمایت می‌کند.

# Enhancerها ممکن است در جایی از DNA که به ماتریکس هسته ، متصل می‌باشد، قرار داشته باشند. بنابراین نگهداری DNA در این قسمت و افزایش غلظت موثر RNA پلی مراز را سبب می‌شوند.

# Enhancerها ممکن است، یک جایگاه بزرگ هدف ایجاد نمایند که RNA پلی مراز یا تعداد دیگری از پروتئینهای ضروری ، قبل از مهاجرت به پزوموتر ، در آن ناحیه با DNA باند می‌شوند. بر اساس این نوع مکانیسم ، مشاهده شده است. زمانی که یک جایگاه به ((پروتئین)) متصل شوند، در بین بعضی از Enhancerها و پروموترها قرار می‌گیرند، از عمل Enhancer جلوگیری به عمل می‌آید. به نظر می‌رسد که پروتئین باند شده ، مهاجرت پروتئین دیگر را Enhancer به پروموتر بلوکه می‌کند.

آزمایشات نشان می‌دهد که بعضی از Enhancerها تنها در یک بافت خاص هستند. به عنوان مثال در ((موش)) Enhancerهای ژنهای ((ایمونوگلولین)) ، تنها در سلولهای لمفوئید موثر می‌باشند. اینگونه مشاهدات ، موید این موضوع است که Enhancerهای خاص ، ممکن است بوسیله یک پروتئین تنظیم کننده باند شده به DNA که تنها در ((گویچه‌های سفید خون|گلبولهای سفید خون)) یافت می‌شوند، تشخیص داده شوند.

!مباحث مرتبط با عنوان

*((اصطلاحات رایج در ژنتیک))

*((تنظیم بیان ژن در پروکاریوتها))

*((ترجمه یا بیوسنتز انواع پروتئین))

*((ژن))

*((ژنتیک))

*((ژنتیک مولکولی))

*((ژنتیک پزشکی و انسانی))

*((ساختمان DNA))

*((ساختمان RNA))

*((سنتز طبیعی پروتئین))

*((کروموزوم))