معلومة

مصطلحات تسلسل المحفزات فيما يتعلق بخيوط الحمض النووي


أنا أدرس علم الأحياء الجزيئي وأحاول فهم تجربة تُظهر أهمية المحفزات في مستوى النسخ النسبي (RT). الصورة أدناه مأخوذة من كتاب رولف نيبرز "Molekulare Genetik" (الطبعة الثامنة).

تقول الأسطورة (من بين أمور أخرى):

Die erste Zeile gibt die normale "Wildtyp" -Sequenz der 5'-flankierenden Region wieder.

وهو ما يعني في اللغة الإنجليزية شيئًا مثل:

يكرر السطر الأول التسلسل العادي من النوع البري للمنطقة المحيطة 5 '.

يعطي العمود الموجود على اليمين مستوى النسخ النسبي (RT) ، حيث يمثل 1.0 أعلى مستوى ممكن من النسخ. كما نرى ، فإن الخطوط التي تم حذف بعض أجزاء من "المنطقة 5" فيها تعطي مستويات RT منخفضة للغاية ، حيث أن بعض مناطق المروج مفقودة.

أسئلتي هي التالية:

1) وفقًا لهذا وهذا ، أنا أفهم أن بوليميريز الحمض النووي الريبي يقرأ ويستخدم كلاً من السلاسل المشفرة وغير المشفرة من أجل تخليق الحمض النووي الريبي. لذلك ، كيف تمكنوا من استخدام التسلسلات التي تم حذف مناطق خيوطها لجعل البوليميراز "يقرأها" ويقوم بعملية النسخ؟

2) إذا كان البوليميراز يقرأ قالب القالب بمعنى 3 '-> 5' ، ألا يجب أن نتحدث عن "ATAT box" أو "TAAC box" بدلاً من مربعات "TATA" أو "CAAT"؟ هل يعني ذلك أن مناطق "المُروِّج" التي يستخدمونها في الرسم أعلاه موجودة بالفعل في شريط الترميز؟

شكرا جزيلا لمساعدتكم.


يبدو أن هذا السؤال يتعلق بالمصطلحات ، لذا فأنا أجيب عليه على هذا النحو.

اتفاقية لتمثيل السمات في تسلسل الحمض النووي

الاصطلاح هو أنه عند الإشارة إلى أي ميزة تسلسل † في جين ترميز البروتين على DNA مزدوج الشريطة ، يتم تمثيل خيط واحد - الذي يمكن من خلاله قراءة التسلسل الأميني باستخدام الكود الجيني (من الناحية المفاهيمية ، مع استبدال T بـ يو). مثل أي تسلسل حمض نووي آخر ، يتم كتابته دائمًا في اتجاه 5 إلى 3 درجات بنفس طريقة نسخ mRNA منه ، دون ذكر ذلك صراحة.

† قد يكون الاستثناء هو مثيلة نصفي ، وفي هذه الحالة سيتم عرض كلا الخيوط.

‡ أسمي هذا يشعر ساحل. أناقش المصطلحات أدناه.

§ استثناء هو أن أضداد tRNA تكتب أحيانًا في اتجاه 3 إلى 5 درجات لسهولة المقارنة مع الكودون ، ولكن في هذه الحالة يشار إلى الاتجاه.

أصل ومبررات هذه الاتفاقية

  1. تاريخي. يعد تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين (منتج الجين) أمرًا أساسيًا لهذه الاتفاقية لأن معرفة الشفرة الجينية ، وبالتالي تمثيل منطقة mRNA التي تشفر البروتين - وبالتالي الحمض النووي - كانت أول معلومات التسلسل لتكون معروفا.

  2. الاتساق المنطقي. تم تحديد ميزات التسلسلات الأخرى في وقت لاحق (قد يكون بعضها في البداية مجرد سمات وراثية) ، على سبيل المثال مواقع ربط الريبوسوم ، وإشارات إضافة عديد الأدينيل ، ومواقع بدء النسخ ، والمروجين ، ومواقع التعرف على عامل النسخ. كان من المتسق منطقيًا تمثيلهم على نفس الخيط مثل تسلسل الترميز.

  3. اللاأدرية الوظيفية. في كثير من الحالات ، اتبعت وظيفة التسلسل وصفها ، لذلك لم يكن هناك سبب مبدئيًا لوضعها على أي خصلة معينة. ومع ذلك ، حتى لو كان يعتقد أن وظيفة بعض التسلسل يجب التعرف عليها على الشريط المقابل (ما يمكنني تسميته ضد الشعور strand) ، سيكون من غير الحكمة علميًا تغيير التمثيل للإشارة إلى ذلك. يتقدم العلم ويتغير التفسير. من الأفضل فصل السمات الوصفية الملموسة عن الاستنتاجات المتعلقة بوظيفتها.

لا يمكن أن يكون صندوق ATAT

حتى إذا قمت بتمثيل صندوق TATA على الشريط المضاد للمعنى ، فلا يمكن مطلقًا تسميته "صندوق ATAT" (كما هو مقترح من قبل الملصق) لأنه ، وفقًا للاتفاقية الأساسية ، ATAT هو 5ʹ-ATAT-3ʹ ، وعلى حبلا مضاد المعنى هو التسلسل 3ʹ-ATAT-5ʹ ، أي TATA!

مصطلحات للإشارة إلى خيوط dsDNA

في حين أن ما ورد أعلاه هو الاتفاقية المتبعة عالميًا ، فإن ما يلي هو مجرد رأيي. تعتبر المصطلحات في العلوم مهمة لتوصيل الأفكار بشكل لا لبس فيه ، لذلك أعتقد أنه من المفيد شرح الغموض في بعض المصطلحات ، التي لا أشجع استخدامها.

الحس والمناهضة للمعنى هذا هو المصطلح المفضل لدي لأنه ، على الرغم من أنه ليس مثاليًا ، إلا أنه يتجنب مزالق الآخرين. تبدو لي الفكرة واضحة أنه عندما تقرأ سلسلة الكودونات التي تشفر تسلسل الأحماض الأمينية من هذا الخيط ، فإنها `` منطقية ''. (تُستخدم مضادات الحس في التفضيل على اللامعنى ، حيث كان مصطلح "اللامعقول" هو المصطلح المستخدم تاريخيًا للطفرات التي حولت أكواد الأحماض الأمينية إلى أكواد الإيقاف.) ، حيث يرتبط "المعنى" بتسلسل منتج الجين.

يجب أن أستخدم "المعنى" و "عدم المعنى" كمصطلحين مرجعيين في مناقشة المصطلحات الأخرى.

الترميز وعدم الترميز هذا له عيب أنه لا يمكن أن يمتد إلى الجينات غير البروتينية المشفرة. ومع ذلك ، فإن اعتراضي الأساسي هو أنه يمكن أن يسبب الارتباك ، لأن الترميز يشير فقط بشكل لا لبس فيه إلى mRNA. نظرًا لأن الشريط المضاد للحس هو قالب لبوليميراز الحمض النووي الريبي ، فقد يصنع المرء ارتباطًا ذهنيًا بين هذا و `` الترميز '' ، في حين أن خيط الحس المقصود في هذا الاستخدام (الشائع).

قالب وغير قالب قد يكون القالب مصطلحًا منطقيًا أكثر للخيط المضاد للمعنى لأن هذا هو قالب النسخ بواسطة بوليميريز RNA (على الرغم من أن mRNA هو أيضًا قالب - للترجمة). ومع ذلك يتم استخدامه بشكل غير منتظم.

زائد وناقص يستخدم هذا المصطلح للفيروسات أحادية السلسلة (خاصة الحمض النووي الريبي) لتمثيل الجينوم بأكمله ، حيث يكون الجينوم في الفيروسات ذات الجديلة الزائدة هو أيضًا mRNA ، أي خيط الإحساس. تتمثل إحدى المشكلات هنا في أنه قد يكون محيرًا بالنسبة للمبتدئين ، الذين قد يفترضون من خلال الاستقراء أنه في جينومات الحمض النووي المزدوج الشريطة ، يكون الخيط الواحد هو خيط الإحساس لجميع الجينات. ليس. الذي يقودني إلى النقطة النهائية…

... مهما كانت المصطلحات التي تستخدمها ، فمن الأفضل التأكد من أنه من الواضح أنك تشير إلى المعنى أو الخيط المضاد للمعنى الجينوليس الكل الجينوم. أنت بحاجة إلى استخدام بعض المصطلحات الأخرى للتمييز بين هذين المجالين على سبيل المثال الحمض النووي البكتيري أو البلازميد إذا كان من الضروري التمييز بينهما.


مساهمة تسلسل الحمض النووي للمروج في سرعة تكوين الكروماتين المتغاير وذاكرة قمع الجينات في الخلايا الليفية لجنين الفأر

يلعب إسكات الجينات المتين من خلال تكوين مجالات كروماتين متغايرة مدمجة دورًا مهمًا أثناء تطور الثدييات في إنشاء أنسجة محددة قادرة على الاحتفاظ بالهوية الخلوية. إن السمات المميزة لقمع الجينات المتغايرة هي ارتباط بروتين الهيتروكروماتين 1 (HP1) ، وثلاثي ميثيل ليسين 9 على هيستون H3 (H3K9me3) ومثيلة بقايا السيتوزين للحمض النووي. يرتبط HP1 مباشرة بتعديل هيستون H3K9me3 ، وبينما تم العثور على ناقل ميثيل الحمض النووي في مركب مع هيستون ميثيل ترانسفيرازز و HP1 ، لا يزال هناك الكثير مما يجب معرفته عن العلاقة بين تسلسل الحمض النووي و HP1 في خلايا الثدييات المتمايزة. لمزيد من استكشاف هذا التفاعل في نظام خاضع للرقابة ، قمنا بتصميم نظام لاختبار تأثير محتوى CpG للمروج على حركية التكوين وذاكرة مجال الكروماتين المتغاير بوساطة HP1 في الخلايا الليفية لجنين الفأر (MEF). للقيام بذلك ، قمنا ببناء مقارنة جنبًا إلى جنب بين بنيات المراسل من النوع البري (CpGFull) و CpG المستنفد (CpGDep) في سياق اختبار الكروماتين في الجسم الحي (CiA) ، والذي يستخدم كيميائيًا- استحثاث القرب (CIP) لربط مجال ظل الكروم لـ HP1α (csHP1α) بجين مراسل الفلورسنت بطريقة قابلة للعكس تعتمد كيميائيًا. من خلال مقارنة استجابة بنيات مراسل CpGFull و CpGDep ، اكتشفنا أن تكوين الهيتروكروماتين عن طريق توظيف csHP1α لا يتأثر بالمحتوى الأساسي CpG ثنائي النوكليوتيد للمروج ، كما تم قياسه من خلال سرعة إسكات الجينات أو إثراء H3K9me3 في الجين الصامت. ومع ذلك ، فإن التعافي من الإسكات على المدى الطويل يكون أسرع بشكل ملموس في خطوط المراسلين المستنفدين لـ CpG. توفر هذه البيانات دليلاً على أن استقرار مجال HP1 heterochromatin يعتمد على تسلسل الحمض النووي الأساسي. علاوة على ذلك ، تمثل خطوط الخلايا هذه نظامًا معياريًا جديدًا لدراسة تأثير تسلسل الحمض النووي الأساسي على فعالية المعدلات اللاجينية.

بيان تضارب المصالح

وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

الأرقام

الشكل 1. إنشاء CpGDep و CpGFull ...

الشكل 1. إنشاء خطوط خلية مراسل CpGDep و CpGFull لاختبار تأثيرات CpG ...

الشكل 2. يؤدي تجنيد csHP1α إلى إسكات ...

الشكل 2. تجنيد csHP1α يؤدي إلى إسكات تعبير GFP.

أ) تظهر الرسوم البيانية التمثيلية انخفاضًا ...

الشكل 3. إثراء H3K9me3 في قسمين ...

الشكل 3. تخصيب H3K9me3 في سطرين من الخلايا خلال ستة أيام من CIP.

الشكل 4. إسكات الجينات وإثراء ...

الشكل 4. إسكات الجينات وإثراء H3K9me3 في خطين من الخلايا خلال 48 ساعة ...

الشكل 5. استعادة التعبير الجيني بعد ...

الشكل 5. استعادة التعبير الجيني بعد تغاير اللون على المدى القصير.


محتويات

لحدوث النسخ ، يجب أن يرتبط الإنزيم الذي يصنع الحمض النووي الريبي ، المعروف باسم بوليميراز الحمض النووي الريبي ، بالحمض النووي القريب من الجين. تحتوي المحفزات على تسلسلات DNA محددة مثل عناصر الاستجابة التي توفر موقع ربط أولي آمن لبوليميراز RNA وللبروتينات التي تسمى عوامل النسخ التي توظف بوليميريز الحمض النووي الريبي. تحتوي عوامل النسخ هذه على متواليات منشط أو مثبط من النيوكليوتيدات المقابلة التي ترتبط بمحفزات معينة وتنظم التعبير الجيني.

في البكتيريا يتم التعرف على المروج بواسطة بوليميراز RNA وعامل سيجما المرتبط به ، والذي بدوره يتم إحضاره غالبًا إلى DNA المروج عن طريق ارتباط البروتين المنشط بموقع ربط الحمض النووي الخاص به في مكان قريب. في حقيقيات النوى تكون العملية أكثر تعقيدًا ، وهناك ما لا يقل عن سبعة عوامل مختلفة ضرورية لربط بوليميريز الحمض النووي الريبي II بالمحفز.

تمثل المحفزات العناصر الحاسمة التي يمكن أن تعمل بالتنسيق مع المناطق التنظيمية الأخرى (المعززات ، كاتمات الصوت ، العناصر الحدودية / العوازل) لتوجيه مستوى النسخ لجين معين. يتم تحفيز المروج استجابة للتغيرات في وفرة أو تشكيل البروتينات التنظيمية في الخلية ، والتي تمكن من تنشيط عوامل النسخ لتجنيد بوليميريز الحمض النووي الريبي. [2] [3]

نظرًا لأن المروجين يكونون عادةً بجوار الجين المعني مباشرة ، يتم تعيين المواضع في المحفز بالنسبة إلى موقع بدء النسخ ، حيث يبدأ نسخ الحمض النووي لجين معين (على سبيل المثال ، المواضع أعلى المنبع هي أرقام سالبة تعد من -1 ، على سبيل المثال -100 هو موضع 100 أزواج قاعدية في المنبع).

في نواة الخلية ، يبدو أن المحفزات موزعة بشكل تفضيلي على حافة مناطق الكروموسومات ، على الأرجح للتعبير المشترك للجينات على كروموسومات مختلفة. [4] علاوة على ذلك ، يظهر المروجون في البشر سمات هيكلية معينة مميزة لكل كروموسوم. [4]

تحرير حقيقيات النوى

  • المروج الأساسي - الجزء الأدنى من المحفز المطلوب لبدء النسخ بشكل صحيح [5]
    • يشمل موقع بدء النسخ (TSS) والعناصر المنبثقة مباشرة
    • موقع ملزم لبوليميراز الحمض النووي الريبي
        : ينسخ الجينات التي ترميز 18S و 5.8S و 28 S RNAs الريبوزومي: ينسخ الجينات التي ترميز RNA الرسول وبعض الرنا النووي الصغير و microRNA: ينسخ الجينات المشفرة لنقل RNA و 5s ribosomal RNAs و RNAs الصغيرة الأخرى
      • ما يقرب من 250 زوجًا أساسيًا في الجزء العلوي من موقع البدء
      • مواقع ارتباط عامل النسخ المحدد
      • أي شيء آخر في المنبع (ولكن ليس معززًا أو منطقة تنظيمية أخرى يكون تأثيرها موضعيًا / اتجاهيًا مستقلًا)
      • مواقع ارتباط عامل النسخ المحدد

      تحرير البكتيرية

      في البكتيريا ، يحتوي المروج على عنصرين متسلسلين قصيرين تقريبًا 10 (صندوق Pribnow) و 35 نيوكليوتيد المنبع من موقع بدء النسخ.

      • التسلسل عند -10 (العنصر -10) له تسلسل إجماع TATAAT.
      • يحتوي التسلسل عند -35 (العنصر -35) على تسلسل الإجماع TTGACA.
      • متواليات الإجماع المذكورة أعلاه ، على الرغم من الحفاظ عليها في المتوسط ​​، لم يتم العثور عليها سليمة في معظم المروجين. في المتوسط ​​، تم العثور على 3 إلى 4 فقط من الأزواج الستة الأساسية في كل تسلسل إجماعي في أي مروج معين. تم تحديد عدد قليل من المحفزات الطبيعية حتى الآن والتي تمتلك تسلسلات إجماع سليمة في كل من المروجين الاصطناعي -10 و -35 مع الحفظ الكامل للعناصر -10 و -35 التي تم نسخها بترددات أقل من تلك التي لديها عدد قليل من عدم التطابق مع إجماع.
      • التباعد الأمثل بين -35 و -10 هو 17 نقطة أساس.
      • تحتوي بعض المروجين على موقع فرعي واحد أو أكثر من عناصر المروج الأولية (عنصر UP) [7] (تسلسل إجماع 5'-AAAAAARNR-3 'عند التمركز في تسلسل إجماع المنطقة -42 5'-AWWWWWTTTTT-3' عند التمركز في المنطقة -52 W = A أو TR = A أو GN = أي قاعدة). [8]

      يتم التعرف على تسلسل المحفز أعلاه فقط بواسطة إنزيم بوليميريز RNA المحتوي على سيجما -70. تتعرف الإنزيمات المجسمة لبوليميراز الحمض النووي الريبي التي تحتوي على عوامل سيجما الأخرى على تسلسلات محفز أساسية مختلفة.

      احتمال حدوث كل تحرير نيوكليوتيد

      تحرير حقيقيات النوى

      محفزات حقيقيات النوى متنوعة ويمكن أن يكون من الصعب توصيفها ، ومع ذلك ، تظهر الدراسات الحديثة أنها مقسمة إلى أكثر من 10 فئات. [9]

      عادةً ما توجد محفزات الجينات في الجزء العلوي من الجين ويمكن أن تحتوي على عناصر تنظيمية عدة كيلو بايتات بعيدًا عن موقع بدء النسخ (المعززات). في حقيقيات النوى ، يمكن أن يتسبب مجمع النسخ في انحناء الحمض النووي على نفسه ، مما يسمح بوضع التسلسلات التنظيمية بعيدًا عن الموقع الفعلي للنسخ. يمكن أن تحتوي المحفزات المعتمدة على RNA-polymerase-II حقيقية النواة على عنصر TATA (تسلسل الإجماع TATAAA) ، والذي يتم التعرف عليه بواسطة بروتين ربط TATA العام (TBP) وعنصر التعرف B (BRE) ، والذي يتم التعرف عليه من قبل العامة. عامل النسخ TFIIB. [5] [10] [11] يوجد عنصر TATA و BRE عادةً بالقرب من موقع بدء النسخ (عادةً في حدود 30 إلى 40 زوجًا أساسيًا).

      عادة ما تربط التسلسلات التنظيمية لمحفز حقيقيات النوى بروتينات تسمى عوامل النسخ التي تشارك في تكوين مجمع النسخ. مثال على ذلك هو E-box (تسلسل CACGTG) ، الذي يربط عوامل النسخ في عائلة الحلزون الحلزوني الأساسية (bHLH) (مثل BMAL1-Clock ، cMyc). [12] بعض المروجين الذين تستهدفهم عوامل النسخ المتعددة قد يحققون حالة مفرطة النشاط ، مما يؤدي إلى زيادة نشاط النسخ. [13]

      المروجين يتفاعلون مع المعززات وعوامل النسخ ومركب الوسيط وحلقات الحمض النووي في نسخ الثدييات تحرير

      يبدأ التعبير المنظم للجينات في الثدييات عندما تنتقل الإشارات إلى المحفزات المرتبطة بالجينات. قد تشتمل تسلسلات الحمض النووي للمروج على عناصر مختلفة مثل جزر CpG (موجودة في حوالي 70٪ من المروجين) ، وصندوق TATA (موجود في حوالي 24٪ من المروجين) ، والبادئ (Inr) (موجود في حوالي 49٪ من المروجين) ، والمنبع و عناصر التعرف على TFIIB المصب (BREu و BREd) (موجودة في حوالي 22 ٪ من المروجين) ، وعنصر المروج الأساسي المصب (DPE) (موجود في حوالي 12 ٪ من المروجين). [14] يؤدي وجود العديد من مواقع CpG المميثل في جزر CpG للمحفزات إلى إسكات مستقر للجينات. [15] ومع ذلك ، فإن التجارب التي أجراها Weingarten-Gabbay et al. [16] أظهر أن وجود أو عدم وجود العناصر الأخرى له تأثيرات صغيرة نسبيًا على التعبير الجيني. تسبب متسلسلان ، مربع TATA و Inr ، في زيادات صغيرة ولكنها مهمة في التعبير (زيادة 45٪ و 28٪ ، على التوالي). خفضت عناصر BREu و BREd التعبير بشكل ملحوظ بنسبة 35٪ و 20٪ ، على التوالي ، ولم يكن لعنصر DPE أي تأثير مكتشف على التعبير. [16]

      يمكن أن يكون للوحدات التنظيمية لرابطة الدول المستقلة المترجمة في مناطق الحمض النووي البعيدة عن مروجي الجينات تأثيرات كبيرة جدًا على التعبير الجيني ، حيث تخضع بعض الجينات لما يصل إلى 100 ضعف من التعبير المتزايد بسبب هذه الوحدة التنظيمية لرابطة الدول المستقلة. [17] تشتمل هذه الوحدات التنظيمية لرابطة الدول المستقلة على معززات وكواتم للصوت وعوازل وعناصر ربط. [18] من بين هذه المجموعة من العناصر ، تلعب المحسنات وعوامل النسخ المرتبطة بها دورًا رائدًا في تنظيم التعبير الجيني. [19]

      المعززات هي مناطق الجينوم التي تعتبر عناصر تنظيم الجينات الرئيسية. تتحكم المعززات في برامج التعبير الجيني الخاصة بنوع الخلية ، غالبًا عن طريق التنقل عبر مسافات طويلة لتقترب ماديًا من محفزات الجينات المستهدفة. [20] في دراسة أجريت على الخلايا العصبية القشرية في الدماغ ، تم العثور على 24،937 حلقة ، مما يجلب المعززات إلى المحفزات. [17] عدة معززات ، غالبًا ما تكون عند عشرات أو مئات الآلاف من النيوكليوتيدات البعيدة عن جيناتها المستهدفة ، تلتف إلى محفزات الجينات المستهدفة وتنسق مع بعضها البعض للتحكم في التعبير عن الجين المستهدف المشترك. [20]

      يوضح الرسم التوضيحي التخطيطي في هذا القسم وجود مُحسِّن يدور حوله ليقترب من محفز الجين المستهدف. يتم تثبيت الحلقة بواسطة ثنائى بروتين موصل (على سبيل المثال dimer من CTCF أو YY1) ، مع تثبيت أحد أعضاء الثنائى على شكل الربط الخاص به على المحسن والعضو الآخر مثبت على شكل الربط الخاص به على المحفز (يمثله متعرج أحمر في الرسم التوضيحي). [21] العديد من عوامل النسخ الخاصة بوظيفة الخلية (هناك حوالي 1600 عامل نسخ في الخلية البشرية [22]) ترتبط بشكل عام بزخارف معينة على مُحسِّن [23] ومجموعة صغيرة من عوامل النسخ المرتبطة بالمُحسِّن ، عند التقريب إلى محفز بواسطة حلقة DNA ، يتحكم في مستوى نسخ الجين المستهدف. الوسيط (coactivator) (مركب يتكون عادة من حوالي 26 بروتينًا في بنية متفاعلة) يرسل إشارات تنظيمية من عوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي المحسن مباشرة إلى إنزيم RNA polymerase II (pol II) المرتبط بالمحفز. [24]

      تُنسخ المُحسّنات ، عندما تكون نشطة ، بشكل عام من كلا خيوط الحمض النووي مع بوليميرات RNA التي تعمل في اتجاهين مختلفين ، مما ينتج عنه جزيئين من eRNA كما هو موضح في الشكل. [25] قد يرتبط المُحسِّن غير النشط بعامل نسخ غير نشط. قد تؤدي الفسفرة لعامل النسخ إلى تنشيطه وقد يؤدي عامل النسخ النشط هذا إلى تنشيط المُحسِّن المرتبط به (انظر نجمة حمراء صغيرة تمثل فسفرة عامل النسخ المرتبط بالمُحسِّن في الرسم التوضيحي). [26] يبدأ المُحسِّن المنشط في نسخ الحمض النووي الريبي الخاص به قبل تنشيط المحفز لبدء نسخ الحمض النووي الريبي المرسال من الجين المستهدف. [27]

      ثنائي الاتجاه (الثدييات) تحرير

      المحفزات ثنائية الاتجاه هي مناطق جينية قصيرة (& lt1 kbp) من الحمض النووي بين الأطراف الخمسة للجينات في زوج الجينات ثنائي الاتجاه. [28] يشير "زوج الجينات ثنائي الاتجاه" إلى جينين متجاورين مشفرين على خيوط متقابلة ، مع نهايات 5 'موجهة نحو بعضها البعض. [29] غالبًا ما يكون الجينان مرتبطين وظيفيًا ، ويسمح تعديل منطقة المروج المشتركة لهما بالتنظيم المشترك وبالتالي التعبير المشترك. [30] المحفزات ثنائية الاتجاه هي سمة شائعة في جينومات الثدييات. [31] يتم إقران حوالي 11٪ من الجينات البشرية بشكل ثنائي. [28]

      تشارك الجينات المقترنة ثنائية الاتجاه في قاعدة بيانات Gene Ontology فئة وظيفية واحدة على الأقل مخصصة لقاعدة البيانات مع شركائها بنسبة 47٪ من الوقت. [32] أظهر تحليل ميكروأري أن الجينات المزدوجة الاتجاه يتم التعبير عنها بشكل مشترك بدرجة أعلى من الجينات العشوائية أو الجينات أحادية الاتجاه المجاورة. [28] على الرغم من أن التعبير المشترك لا يشير بالضرورة إلى التنظيم المشترك ، فقد ثبت أن مثيلة مناطق المروج ثنائية الاتجاه تقلل من تنظيم كلا الجينين ، ونزع الميثيل من أجل تنظيم كلا الجينين. [33] ومع ذلك ، هناك استثناءات لهذا. في بعض الحالات (حوالي 11٪) ، يتم التعبير عن جين واحد فقط من زوج ثنائي الاتجاه. [28] في هذه الحالات ، يكون المحفز متورطًا في قمع الجين غير المعبر عنه. الآلية الكامنة وراء ذلك يمكن أن تكون المنافسة على نفس البوليميرات ، أو تعديل الكروماتين. يمكن أن يؤدي النسخ المتباين إلى تحويل النيوكليوسومات إلى زيادة تنظيم نسخ جين واحد ، أو إزالة عوامل النسخ المرتبطة لتقليل تنظيم نسخ جين واحد. [34]

      من المرجح أن تتزاوج بعض الفئات الوظيفية للجينات ثنائية الاتجاه أكثر من غيرها. الجينات المتورطة في إصلاح الحمض النووي من المرجح أن يتم تنظيمها بواسطة المروجين ثنائي الاتجاه بخمس مرات أكثر من المحفزات أحادية الاتجاه. البروتينات Chaperone أكثر احتمالا بثلاث مرات ، وجينات الميتوكوندريا أكثر من الضعف. يتم تنظيم العديد من جينات التدبير المنزلي الأساسية والجينات الأيضية الخلوية بواسطة محفزات ثنائية الاتجاه. [28] التمثيل الزائد لجينات إصلاح الحمض النووي المزدوجة الاتجاه يربط هذه المحفزات بالسرطان. يبدو أن خمسة وأربعين في المائة من الجينات الورمية الجسدية البشرية يتم تنظيمها بواسطة محفزات ثنائية الاتجاه - أكثر بكثير من الجينات غير المسببة للسرطان. تم ربط الميثيل المفرط للمروجين بين أزواج الجينات WNT9A / CD558500 و CTDSPL / BC040563 و KCNK15 / BF195580 بالأورام. [33]

      تم ملاحظة خصائص تسلسل معينة في المروجين ثنائي الاتجاه ، بما في ذلك عدم وجود صناديق TATA ، ووفرة جزر CpG ، والتماثل حول نقطة الوسط لـ Cs و As المهيمنة على جانب و Gs و Ts على الجانب الآخر. تم مؤخرًا عرض فكرة ذات تسلسل إجماعي لـ TCTCGCGAGA ، والذي يُطلق عليه أيضًا عنصر CGCG ، لقيادة النسخ ثنائي الاتجاه الذي يحركه PolII في جزر CpG. [35] صناديق CCAAT شائعة ، كما هو الحال في العديد من المروجين الذين يفتقرون إلى صناديق TATA. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تمثيل الأشكال NRF-1 و GABPA و YY1 و ACTACAnnTCCC في المروجين ثنائي الاتجاه بمعدلات أعلى بكثير من المروجين أحادي الاتجاه. يشير غياب مربعات TATA في المروجين ثنائي الاتجاه إلى أن مربعات TATA تلعب دورًا في تحديد اتجاه المروجين ، لكن الأمثلة المضادة للمروجين ثنائي الاتجاه تمتلك صناديق TATA والمروجين أحادي الاتجاه بدونها يشير إلى أنها لا يمكن أن تكون العامل الوحيد. [36]

      على الرغم من أن مصطلح "محفز ثنائي الاتجاه" يشير تحديدًا إلى المناطق المحفزة لجينات ترميز الرنا المرسال ، فقد أظهرت فحوصات لوسيفيراز أن أكثر من نصف الجينات البشرية ليس لديها تحيز اتجاهي قوي. تشير الأبحاث إلى أن الحمض النووي الريبي غير المشفر يرتبط بشكل متكرر بالمناطق المحفزة لجينات ترميز الرنا المرسال. تم الافتراض بأن تجنيد RNA polymerase II والبدء به عادة ما يبدأ بشكل ثنائي الاتجاه ، ولكن النسخ المتباين يتوقف عند نقطة تفتيش لاحقًا أثناء الاستطالة. تشمل الآليات المحتملة وراء هذا التنظيم التسلسلات في منطقة المروج ، وتعديل الكروماتين ، والتوجيه المكاني للحمض النووي. [34]

      المحفز دون الجيني هو محفز يضاف إلى الفيروس لجين غير متجانس معين ، مما يؤدي إلى تكوين mRNA لهذا الجين وحده. تنتج العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي الإيجابية الحس هذه الرنا المرسال تحت الجينومية (sgRNA) كواحدة من تقنيات العدوى الشائعة التي تستخدمها هذه الفيروسات وتقوم بشكل عام بنسخ الجينات الفيروسية المتأخرة. تتراوح المحفزات الجينية من 24 نيوكليوتيد (فيروس Sindbis) إلى أكثر من 100 نيوكليوتيد (فيروس الوريد الأصفر النخر للبنجر) وعادة ما توجد في بداية بداية النسخ. [37]

      تم تطوير مجموعة متنوعة من الخوارزميات لتسهيل اكتشاف المحفزات في التسلسل الجيني ، والتنبؤ المحفز هو عنصر شائع في العديد من طرق التنبؤ الجيني. توجد منطقة المروج قبل تسلسل الإجماع -35 و -10. كلما اقتربت منطقة المحفز من تسلسل الإجماع ، كلما حدث نسخ هذا الجين في كثير من الأحيان. لا يوجد نمط محدد لمناطق المحفز كما هو الحال بالنسبة لتسلسلات الإجماع.

      تعتبر التغييرات في تسلسل المحفز أمرًا بالغ الأهمية في التطور كما يتضح من العدد الثابت نسبيًا للجينات في العديد من السلالات. على سبيل المثال ، تمتلك معظم الفقاريات تقريبًا نفس العدد من جينات ترميز البروتين (حوالي 20000) والتي غالبًا ما يتم حفظها بشكل كبير في التسلسل ، وبالتالي يجب أن يأتي الكثير من التغيير التطوري من التغييرات في التعبير الجيني. [4] [9]

      دي نوفو أصل المروجين تحرير

      بالنظر إلى التسلسل القصير لمعظم عناصر المروج ، يمكن للمروجين أن يتطوروا بسرعة من التسلسلات العشوائية. على سبيل المثال ، في بكتريا قولونية,

      60٪ من التسلسلات العشوائية يمكن أن تطور مستويات تعبير مماثلة لمحفز lac من النوع البري مع طفرة واحدة فقط ، وذلك

      يمكن أن تعمل 10٪ من التسلسلات العشوائية كمحفزات نشطة حتى بدون تطور. [39]

      تشير دراسات حديثة أخرى إلى أن محفزات الجينات قد يكونون السبب الرئيسي لمرض السكري. [40] تُظهر محفزات الجينات المرتبطة بمرض السكري من خلال دراسات الارتباط على نطاق الجينوم (GWAS) أنماطًا معينة من الحمض النووي لكل نمط ظاهري. [40] تشير هذه الملاحظة إلى أن مروجي هذه الجينات يستخدمون عوامل نسخ محددة لكل نمط ظاهري من داء السكري. [40]

      بدء النسخ عبارة عن عملية متسلسلة متعددة الخطوات تتضمن عدة آليات: موقع المحفز ، والربط الأولي القابل للانعكاس لبوليميراز الحمض النووي الريبي ، والتغيرات التوافقية في بوليميريز الحمض النووي الريبي ، والتغيرات التوافقية في الحمض النووي ، وربط نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات (NTP) بمحفز بوليميريز الحمض النووي الريبي الوظيفي البدء المعقد وغير المنتج والمنتج لتخليق الحمض النووي الريبي. [41]

      تعتبر عملية ربط المحفز أمرًا بالغ الأهمية في فهم عملية التعبير الجيني.

      تحرير الموقع

      على الرغم من أن holoenzyme RNA polymerase يظهر تقاربًا كبيرًا مع مواقع غير محددة من الحمض النووي ، إلا أن هذه الخاصية لا تسمح لنا بتوضيح عملية موقع المروج. [42] تُنسب عملية تحديد موقع المحفز إلى بنية الإنزيم الهولندي إلى الحمض النووي وسيغما 4 لمجمعات الحمض النووي. [43]

      معظم الأمراض غير متجانسة في السبب ، مما يعني أن "المرض" الواحد غالبًا ما يكون العديد من الأمراض المختلفة على المستوى الجزيئي ، على الرغم من أن الأعراض التي تظهر والاستجابة للعلاج قد تكون متطابقة. يتم تناول كيفية استجابة الأمراض ذات الأصل الجزيئي المختلف للعلاجات جزئيًا في مجال علم الصيدلة الجيني.

      لم يتم سرد الأنواع العديدة من السرطانات التي تنطوي على تنظيم نسخ شاذ بسبب إنشاء جينات خيمرية من خلال الانتقال الصبغي المرضي. الأهم من ذلك ، أن التدخل في عدد أو بنية البروتينات المرتبطة بالمحفز هو مفتاح واحد لمعالجة المرض دون التأثير على التعبير عن الجينات غير ذات الصلة التي تشارك العناصر مع الجين المستهدف. [44] بعض الجينات التي يكون تغييرها غير مرغوب فيه قادرة على التأثير على احتمالية أن تصبح الخلية سرطانية. [45]

      في البشر ، يحتوي حوالي 70٪ من المحفزات الموجودة بالقرب من موقع بدء النسخ للجين (المحفزات القريبة) على جزيرة CpG. [46] [47] يتراوح طول جزر CpG بشكل عام من 200 إلى 2000 زوج قاعدي ، ولها محتوى زوج قاعدي C: G & gt50٪ ، ولها مناطق من الحمض النووي حيث يتبع نيوكليوتيد السيتوزين نيوكليوتيد الجوانين وهذا يحدث كثيرًا في الخطي تسلسل القواعد على طول اتجاهه 5 '→ 3'.

      غالبًا ما تحتوي المحفزات البعيدة على جزر CpG ، مثل محفز جين إصلاح الحمض النووي ERCC1، حيث يوجد المروج المحتوي على جزيرة CpG حول 5400 نيوكليوتيد في الجزء العلوي من منطقة الترميز في ERCC1 الجين. [48] ​​تحدث جزر CpG أيضًا بشكل متكرر في المحفزات لـ RNAs الوظيفية غير المشفرة مثل microRNAs.

      في البشر ، تحدث مثيلة الحمض النووي في الموضع الخامس من حلقة بيريميدين لبقايا السيتوزين داخل مواقع CpG لتشكيل 5-ميثيل سيتوزين. يؤدي وجود العديد من مواقع CpG الميثيلية في جزر CpG للمروجين إلى إسكات مستقر للجينات. [15] قد يبدأ إسكات الجين من خلال آليات أخرى ، ولكن غالبًا ما يتبع ذلك مثيلة لمواقع CpG في جزيرة CpG المحفز للتسبب في إسكات الجين المستقر. [15]

      بشكل عام ، في التقدم إلى السرطان ، يتم إسكات أو تنشيط مئات الجينات. على الرغم من أن إسكات بعض الجينات في السرطانات يحدث عن طريق الطفرات ، فإن نسبة كبيرة من إسكات الجينات المسببة للسرطان هي نتيجة لتغير مثيلة الحمض النووي (انظر مثيلة الحمض النووي في السرطان). يحدث مثيلة الحمض النووي التي تسبب إسكات السرطان عادةً في مواقع CpG المتعددة في جزر CpG الموجودة في محفزات جينات ترميز البروتين.

      كما أن التعبيرات المعدلة للـ microRNAs تُسكِت أو تنشط العديد من الجينات في التقدم إلى السرطان (انظر microRNAs في السرطان). يحدث تعبير microRNA المتغير من خلال hyper / hypo-methylation لمواقع CpG في جزر CpG في المحفزات التي تتحكم في نسخ الرنا الميكروي.

      يبدو أن إسكات جينات إصلاح الحمض النووي من خلال مثيلة جزر CpG في محفزاتها مهم بشكل خاص في تقدم السرطان (انظر مثيلة جينات إصلاح الحمض النووي في السرطان).

      غالبًا ما يكون استخدام مصطلح التسلسل الكنسي للإشارة إلى المروج مشكلة ، ويمكن أن يؤدي إلى سوء فهم حول تسلسل المحفز. الكنسي يعني الكمال ، إلى حد ما.

      في حالة موقع ارتباط عامل النسخ ، قد يكون هناك تسلسل واحد يربط البروتين بشدة في ظل ظروف خلوية محددة. قد يسمى هذا الكنسي.

      ومع ذلك ، قد يفضل الانتقاء الطبيعي الربط الأقل طاقة كطريقة لتنظيم الإخراج النسخي. في هذه الحالة ، قد نطلق على التسلسل الأكثر شيوعًا في المجتمع تسلسل النوع البري. قد لا يكون حتى التسلسل الأكثر فائدة في ظل الظروف السائدة.

      تشير الأدلة الحديثة أيضًا إلى أن العديد من الجينات (بما في ذلك الجين الورمي الأولي c-myc) لها أشكال G-quadruplex كإشارات تنظيمية محتملة.

      ترتبط بعض حالات العديد من الأمراض الوراثية باختلافات في المحفزات أو عوامل النسخ.

      يُطلق على بعض المحفزات اسم تأسيسي لأنها نشطة في جميع الظروف في الخلية ، بينما يتم تنظيم البعض الآخر ، ولا يصبح نشطًا في الخلية إلا استجابة لمحفزات محددة.


      المروجين

      محفزات حقيقية النواة

      بشكل عام ، تكون محفزات حقيقيات النوى أكثر تعقيدًا بكثير من نظيراتها بدائية النواة ، كما هو الحال مع آلية النسخ حقيقية النواة. تحتوي حقيقيات النوى على ثلاثة بوليميرات رنا تعتمد على الحمض النووي النووي ، ولكل منها عناصر محفز أساسية خاصة بها. محفزات mRNA للثدييات ، والتي يتم نسخها بواسطة RNA polymerase II ، تتكون من عناصر محفز أساسية ومواقع ربط البروتين التنظيمية التي غالبًا ما تمتد لعشرات أزواج الكيلوباز.

      العناصر الرئيسية الثلاثة التي تم تحديدها في المروجين الأساسيين للثدييات هي صندوق TATA ، والبادئ (Inr) ، وعنصر المروج النهائي (DPE) (الشكل 1B). من المهم ملاحظة أن بعض مروجي الثدييات لا يبدو أنهم يحتويون على أي من عناصر المروج الأساسية الثلاثة هذه ، وفي هذه الحالات كان من الصعب تحديد كيفية حدوث بدء النسخ من موقع بدء محدد. يحتوي صندوق TATA ، الذي كان أول عنصر مروج أساسي حقيقي النواة تم تحديده ، على تسلسل إجماع TATATAAG (حبلا غير مقولب) ويتركز حوالي 29 نقطة أساس في بداية موقع بدء النسخ. يمتد Inr إلى موقع بدء النسخ (المحفوظ A) وله تسلسل إجماع يحتوي على بيريميدينات متعددة (Y). تم اكتشاف DPE ، الذي تم اكتشافه أولاً في ذبابة الفاكهة المروجين ولاحقًا في مروجي الثدييات ، يتركز حوالي 31 نقطة أساس في اتجاه موقع بدء النسخ. Typically, if promoters contain more than one of these three core elements they contain either: (1) a TATA box and an Inr or (2) an Inr and a DPE.

      Eukaryotic core promoter elements serve to recruit the RNA polymerase II transcription machinery. TFIID, one of the general transcription factors for RNA polymerase II, is a multiprotein complex containing the TATA-binding protein and associated factors that can bind with sequence specificity to all three of the core promoter elements. Other components of the RNA polymerase II general transcription machinery also contact core promoter DNA, and data is emerging that these factors may bind specific DNA sequences other than the TATA box, Inr, and DPE. It is likely that our understanding of RNA polymerase II core promoters will dramatically change as more core promoters are studied in detail.

      The extended sizes of many eukaryotic promoters result from regulatory elements that can be found tens of kilobase pairs away from core promoters. Regulatory elements include proximal elements that are found close to core promoters and typically bind activators, as well as enhancers and silencers that (depending on the promoter) can be found close to or at great distances upstream or downstream of the core promoter. In general, enhancers bind proteins that activate transcription and silencers bind proteins that repress transcription.

      The accessibility of transcription factors to eukaryotic promoters is influenced by nucleosomes and higher order chromatin structure. It is likely that the chromatin structure of a promoter plays an active role in its function. Therefore, it may be more accurate to think of eukaryotic promoters as nucleoprotein chromatin structures, since it is the chromatin and not simply the DNA sequence that will be recognized and accessed by the transcription machinery in eukaryotes.


      18.1: النسخ - من DNA إلى RNA

      يجب أن تقوم البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى بنسخ الجينات من جينوماتها. While the cellular location may be different (eukaryotes perform transcription in the nucleus bacteria and archaea perform transcription in the cytoplasm), the mechanisms by which organisms from each of these clades carry out this process are fundamentally the same and can be characterized by three stages: initiation, elongation, and termination.

      لمحة موجزة عن النسخ

      النسخ هو عملية إنشاء نسخة من الحمض النووي الريبي (RNA) لجزء من الحمض النووي. نظرًا لأن هذا ملف معالجة، نريد تطبيق نموذج تقييم قصة الطاقة لتطوير فهم وظيفي للنسخ. كيف يبدو نظام الجزيئات قبل بدء النسخ؟ كيف تبدو في النهاية؟ ما هي تحولات المادة ونقل الطاقة التي تحدث أثناء النسخ وماذا ، إن وجد ، يحفز العملية؟ نريد أيضًا التفكير في العملية من وجهة نظر تحدي التصميم. إذا كانت المهمة البيولوجية هي إنشاء نسخة من الحمض النووي في اللغة الكيميائية للحمض النووي الريبي ، فما هي التحديات التي يمكن أن نفترضها أو نتوقعها بشكل معقول ، بالنظر إلى معرفتنا بعمليات بوليمر النوكليوتيدات الأخرى ، التي يجب التغلب عليها؟ هل هناك دليل على أن الطبيعة حلت هذه المشاكل بطرق مختلفة؟ ما هي معايير نجاح النسخ؟ انت وجدت الفكرة.

      سرد بعض المتطلبات الأساسية للنسخ

      دعونا أولاً نفكر في المهام المطروحة من خلال استخدام بعض معرفتنا التأسيسية وتخيل ما قد يلزم حدوثه أثناء النسخ إذا كان الهدف هو عمل نسخة RNA من قطعة من خيط واحد من جزيء DNA مزدوج الشريطة. سنرى أن استخدام بعض المنطق الأساسي يسمح لنا باستنتاج العديد من الأسئلة والأشياء المهمة التي نحتاج إلى معرفتها من أجل وصف العملية بشكل صحيح.

      لنتخيل أننا نريد تصميم آلة نانوية / روبوت نانوي لإجراء النسخ. يمكننا استخدام بعض التفكير في تحدي التصميم لتحديد المشكلات والمشكلات الفرعية التي يجب حلها بواسطة الروبوت الصغير الخاص بنا.

      &bull Where should the machine start? على طول الملايين إلى المليارات من أزواج القواعد ، أين يجب توجيه الآلة؟
      &bull Where should the machine stop?
      &bull If we have start and stop sites, we will need ways of encoding that information so that our machine(s) can read this information&mdashhow will that be accomplished?
      &bull How many RNA copies of the DNA will we need to make?
      &bull How fast do the RNA copies need to be made?
      &bull How accurately do the copies need to be made?
      &bull How much energy will the process take and where is the energy going to come from?

      هذه ، بالطبع ، ليست سوى بعض الأسئلة الأساسية. يمكن للمرء أن يحفر أعمق إذا رغب في ذلك. ومع ذلك ، فهذه بالفعل جيدة بما يكفي لبدء الشعور الجيد بهذه العملية. لاحظ أيضًا أن العديد من هذه الأسئلة تشبه بشكل ملحوظ تلك التي استنتجناها قد تكون ضرورية لفهم تكرار الحمض النووي.

      اللبنات الأساسية للنسخ

      اللبنات الأساسية لـ RNA

      تذكر من مناقشتنا حول بنية النيوكليوتيدات أن اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبي تشبه إلى حد بعيد تلك الموجودة في الحمض النووي. في الحمض النووي الريبي ، تتكون اللبنات الأساسية من نوكليوتيد ثلاثي الفوسفات الذي يتكون من سكر الريبوز ، وقاعدة نيتروجينية ، وثلاث مجموعات فوسفاتية. الاختلافات الرئيسية بين اللبنات الأساسية للحمض النووي وتلك الخاصة بالحمض النووي الريبي هي أن جزيئات الحمض النووي الريبي تتكون من نيوكليوتيدات مع سكريات ريبوز (على عكس سكريات ديوكسيريبوز) وتستخدم يوريدين ، وهو اليوراسيل الذي يحتوي على نوكليوتيد (على عكس ثيميدين في الحمض النووي). Note below that uracil and thymine are structurally very similar&mdashthe uracil is just lacking a methyl (CH3) مجموعة وظيفية مقارنة مع الثايمين.

      شكل 1. المكونات الكيميائية الأساسية للنيوكليوتيدات.
      الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

      بدء النسخ

      المروجين

      يجب أن تكون البروتينات المسؤولة عن إنشاء نسخة RNA لقطعة معينة من DNA (النسخ) قادرة أولاً على التعرف على بداية العنصر المراد نسخه. أ المروجين هو تسلسل الحمض النووي الذي ترتبط فيه البروتينات المختلفة ، والمعروفة إجمالاً بآلية النسخ ، وتبدأ النسخ. في معظم الحالات ، يوجد المروجون المنبع (5 'إلى منطقة الترميز) للجينات التي ينظمونها. يعد التسلسل المحدد للمحفز مهمًا للغاية لأنه يحدد ما إذا كان جزء الترميز المقابل من الجين يتم نسخه طوال الوقت ، أو في بعض الأحيان ، أو بشكل غير متكرر. على الرغم من اختلاف المروجين بين الأنواع ، إلا أنه يتم حفظ بعض العناصر ذات التسلسل المتشابه في بعض الأحيان. في -10 و -35 منطقة المنبع من موقع البدء ، هناك نوعان من المروجين إجماع متواليات أو مناطق متشابهة عبر العديد من المروجين وعبر الأنواع المختلفة. سيكون لدى بعض المروجين تسلسل مشابه جدًا لتسلسل الإجماع (التسلسل الذي يحتوي على عناصر التسلسل الأكثر شيوعًا) ، وسيبدو البعض الآخر مختلفًا تمامًا. تؤثر هذه الاختلافات في التسلسل على القوة التي يمكن أن ترتبط بها آلية النسخ بالمحفز لبدء النسخ. يساعد هذا في التحكم في عدد النصوص التي يتم إجراؤها وعدد مرات إجرائها.

      الشكل 2. (أ) رسم تخطيطي عام للجين. يتضمن الجين تسلسل المحفز ومنطقة غير مترجمة (UTR) وتسلسل الترميز. (ب) قائمة بالعديد من متواليات محفز الإشريكية القولونية القوية. المربع -35 والمربع -10 عبارة عن تسلسلات محفوظة بشكل كبير في جميع أنحاء قائمة المروج القوية. سيكون لدى المروجين الأضعف اختلافات أكثر في الأزواج الأساسية عند مقارنتها بهذه التسلسلات.
      Source: http://www.discoveryandinnovation.co. lecture12.html

      ما أنواع التفاعلات التي تتغير بين آلية النسخ والحمض النووي عندما يتغير تسلسل النوكليوتيدات للمحفز؟ Why would some sequences create a "strong" promoter and why do others create a "weak" promoter?

      المحفزات البكتيرية مقابل حقيقية النواة

      في الخلايا البكتيرية ، يكون تسلسل الإجماع -10 ، المسمى المنطقة -10 ، غنيًا بـ AT ، وغالبًا ما يكون TATAAT. يتم التعرف على التسلسل -35 ، TTGACA ، وربطه بالبروتين &سيجما. بمجرد إجراء هذا التفاعل بين البروتين والحمض النووي ، ترتبط الوحدات الفرعية لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالموقع. نظرًا للاستقرار المنخفض نسبيًا لرابطات AT ، تسهل منطقة AT-rich -10 فك قالب الحمض النووي ، ويتم تصنيع العديد من روابط الفوسفوديستر.

      Eukaryotic promoters are much larger and more complex than prokaryotic promoters, but both have an AT-rich region&mdashin eukaryotes, it is typically called a TATA box. على سبيل المثال ، في جين الفأر thymidine kinase ، يقع صندوق TATA عند -30 تقريبًا. بالنسبة لهذا الجين ، فإن تسلسل مربع TATA الدقيق هو TATAAAA ، كما هو مقروء في اتجاه 5 'إلى 3' على الشريط غير المصقول. هذا التسلسل لا يتطابق مع بكتريا قولونية -10 ، لكن كلاهما يشتركان في جودة كونه عنصرًا غنيًا بـ AT.

      بدلاً من بوليميراز بكتيري واحد ، تشفر جينومات معظم حقيقيات النوى ثلاثة بوليميرات مختلفة من الحمض النووي الريبي ، يتكون كل منها من عشر وحدات بروتينية فرعية أو أكثر. يتطلب كل بوليميراز حقيقي النواة أيضًا مجموعة مميزة من البروتينات المعروفة باسم عوامل النسخ لتجنيده لمروج. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جيشًا من عوامل النسخ الأخرى ، والبروتينات المعروفة باسم المعززات ، وكواتم الصوت تساعد على تنظيم تخليق الحمض النووي الريبي من كل محفز. تؤثر المعززات وكواتم الصوت على كفاءة النسخ ولكنها ليست ضرورية لبدء النسخ أو مسيرته. تعتبر عوامل النسخ القاعدية حاسمة في تكوين أ مجمع preinitiation على قالب الحمض النووي الذي يجند فيما بعد بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ.

      يبدأ بدء النسخ بربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بـ المروجين. يتطلب النسخ حل الحلزون المزدوج للحمض النووي ليتم فكه جزئيًا بحيث يمكن استخدام خيط واحد كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي. تسمى منطقة الفك أ فقاعة النسخ.

      الشكل 3. أثناء الاستطالة ، يتتبع بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) على طول قالب الحمض النووي ، ويصنع mRNA في اتجاه 5 'إلى 3' ، ثم يقوم بفك الحمض النووي ، ثم يعيد لف الحمض النووي أثناء قراءته.

      استطالة

      دائمًا ما يتم النسخ من ملف ستراند قالب، أحد خيطي الحمض النووي المزدوج الشريطة. يُعد منتج الحمض النووي الريبي مكملاً لخيط القالب وهو مطابق تقريبًا للخيط غير القوالب ، والذي يُطلق عليه حبلا الترميز، باستثناء أن الحمض النووي الريبي يحتوي على اليوراسيل (U) بدلاً من الثايمين (T) الموجود في الحمض النووي. أثناء الاستطالة ، يسمى الإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي يستمر على طول قالب الحمض النووي ، مضيفًا النيوكليوتيدات عن طريق الاقتران الأساسي مع قالب الحمض النووي بطريقة مشابهة لتكرار الحمض النووي ، مع الاختلاف الذي يتمثل في أن خيط الحمض النووي الريبي الذي يتم تصنيعه لا يظل مرتبطًا بقالب الحمض النووي. مع استمرار الاستطالة ، يتم فك الحمض النووي باستمرار قبل الإنزيم الأساسي ويعود خلفه. Note that the direction of synthesis is identical to that of synthesis in DNA&mdash5' to 3'.

      الشكل 4. أثناء الاستطالة ، يتتبع بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) على طول قالب الحمض النووي ، ويصنع mRNA في اتجاه 5 'إلى 3' ، ويفكك ثم يعيد لف الحمض النووي أثناء قراءته.

      الشكل 5. تشبه إضافة النيوكليوتيدات أثناء عملية النسخ إلى حد كبير إضافة النيوكليوتيدات في تكرار الحمض النووي. يتم بلمرة الحمض النووي الريبي من 5 'إلى 3' ، ومع كل إضافة للنيوكليوتيد ، يتم تحلل رابطة فسفوانهيدريد بواسطة الإنزيم ، مما ينتج عنه بوليمر أطول وإطلاق اثنين من الفوسفات غير العضوي.
      Source: http://utminers.utep.edu/rwebb/html/. longation.html

      قارن وقارن بين قصة الطاقة لإضافة نيوكليوتيد في تكرار الحمض النووي إلى إضافة نيوكليوتيد في النسخ.

      الاستطالة البكتيرية مقابل حقيقية النواة

      في البكتيريا ، يبدأ الاستطالة بإطلاق &سيجما الوحدة الفرعية من البوليميراز. تفكك &سيجما يسمح للإنزيم الأساسي بالمضي قدمًا على طول قالب الحمض النووي ، وتوليف mRNA في اتجاه 5 'إلى 3' بمعدل 40 نيوكليوتيد تقريبًا في الثانية. مع استمرار الاستطالة ، يتم فك الحمض النووي باستمرار قبل الإنزيم الأساسي ويعود خلفه. الاقتران الأساسي بين DNA و RNA ليس مستقرًا بدرجة كافية للحفاظ على استقرار مكونات تخليق mRNA. بدلاً من ذلك ، يعمل بوليميراز الحمض النووي الريبي كحلقة وصل مستقرة بين قالب الحمض النووي وخيوط الحمض النووي الريبي الوليدة لضمان عدم انقطاع الاستطالة قبل الأوان.

      في حقيقيات النوى ، بعد تكوين مركب ما قبل النشاء ، يتم تحرير البوليميراز من عوامل النسخ الأخرى ، ويسمح للاستطالة بالاستمرار كما تفعل في بدائيات النوى مع توليف البوليميراز pre-mRNA في اتجاه 5 'إلى 3'. كما تمت مناقشته سابقًا ، يقوم RNA polymerase II بنسخ الحصة الرئيسية من الجينات حقيقية النواة ، لذلك سيركز هذا القسم على كيفية تحقيق هذا البوليميراز للاستطالة والإنهاء.

      نهاية

      في البكتيريا

      بمجرد نسخ الجين ، يجب توجيه البوليميراز البكتيري إلى الفصل عن قالب الحمض النووي وتحرير mRNA المصنوع حديثًا. اعتمادًا على الجين الذي يتم نسخه ، هناك نوعان من إشارات الإنهاء. أحدهما يعتمد على البروتين والآخر يعتمد على الحمض النووي الريبي. الإنهاء المعتمد على Rho يتحكم فيه بروتين rho ، الذي يتتبع على طول خلف البوليميراز في سلسلة mRNA المتنامية. بالقرب من نهاية الجين ، يصادف البوليميراز سلسلة من النيوكليوتيدات G على قالب الحمض النووي ويتوقف. نتيجة لذلك ، يصطدم بروتين rho بالبوليميراز. يؤدي التفاعل مع rho إلى إطلاق mRNA من فقاعة النسخ.

      إنهاء Rho المستقل يتم التحكم فيه بواسطة تسلسلات محددة في حبلا قالب الحمض النووي. عندما يقترب البوليميراز من نهاية الجين الذي يتم نسخه ، فإنه يواجه منطقة غنية بالنيوكليوتيدات CG. ينثني mRNA مرة أخرى على نفسه ، وترتبط نيوكليوتيدات CG التكميلية معًا. والنتيجة مستقرة دبوس الشعر الذي يتسبب في توقف البوليميراز بمجرد أن يبدأ في نسخ منطقة غنية بالنيوكليوتيدات AT. تشكل منطقة UA التكميلية لنسخة mRNA تفاعلًا ضعيفًا فقط مع قالب DNA. هذا ، إلى جانب البوليميراز المتوقف ، يؤدي إلى عدم استقرار كافٍ للإنزيم الأساسي للانفصال وتحرير نسخة الرنا المرسال الجديدة.

      في حقيقيات النوى

      يختلف إنهاء النسخ باختلاف البوليميرات. Unlike in prokaryotes, elongation by RNA polymerase II in eukaryotes takes place 1,000&ndash2,000 nucleotides beyond the end of the gene being transcribed. تتم إزالة هذا الذيل pre-mRNA لاحقًا عن طريق الانقسام أثناء معالجة mRNA. من ناحية أخرى ، تتطلب بوليمرات الرنا الأول والثالث إشارات إنهاء. تحتوي الجينات التي تم نسخها بواسطة RNA polymerase I على تسلسل محدد من 18 نيوكليوتيد يتم التعرف عليه بواسطة بروتين إنهاء. تتضمن عملية الإنهاء في RNA polymerase III دبوس شعر mRNA مشابه لإنهاء النسخ المستقل عن rho في بدائيات النوى.

      في العتائق

      إن إنهاء النسخ في العتائق أقل بكثير من الدراسة في المجالين الآخرين من الحياة ولا يزال غير مفهوم جيدًا. بينما من المحتمل أن تشبه التفاصيل الوظيفية الآليات التي شوهدت في مجالات الحياة الأخرى ، فإن التفاصيل خارج نطاق هذه الدورة.

      الموقع الخلوي

      في البكتيريا والعتائق

      في البكتيريا والعتائق ، يحدث النسخ في السيتوبلازم ، حيث يوجد الحمض النووي. نظرًا لأن موقع الحمض النووي ، وبالتالي عملية النسخ ، لا يتم فصلهما ماديًا عن باقي الخلية ، فغالبًا ما تبدأ الترجمة قبل انتهاء النسخ. وهذا يعني أنه يتم استخدام mRNA في البكتيريا والعتائق كقالب للبروتين قبل إنتاج الحمض النووي الريبي بأكمله. يعني عدم وجود الفصل المكاني أيضًا أن هناك القليل جدًا من الفصل الزمني لهذه العمليات. يوضح الشكل 6 عمليات النسخ والترجمة التي تحدث في وقت واحد.

      الشكل 6. تشبه إضافة النيوكليوتيدات أثناء عملية النسخ إلى حد كبير إضافة النيوكليوتيدات في تكرار الحمض النووي.
      المصدر: Marc T. Facciotti (عمل خاص)

      In eukaryotes.

      في حقيقيات النوى ، يتم فصل عملية النسخ فعليًا عن باقي الخلية ، ويتم عزلها داخل النواة. This results in two things: the mRNA is completed before translation can start, and there is time to "adjust" or "edit" the mRNA before translation starts. يمنح الفصل المادي لهذه العمليات حقيقيات النوى فرصة لتغيير الرنا المرسال بطريقة تطيل عمر الرنا المرسال أو حتى تغيير منتج البروتين الذي سيتم إنتاجه من الرنا المرسال.

      معالجة مرنا

      5 'G-cap و 3' poly-A tail

      عندما يتم نسخ جين حقيقي النواة ، تتم معالجة النسخة الأولية في النواة بعدة طرق. يتم تعديل mRNAs حقيقية النواة في الطرف 3 عن طريق إضافة ذيل poly-A. تتم إضافة هذا التدفق من البقايا A بواسطة إنزيم لا يستخدم الحمض النووي الجيني كقالب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن mRNAs لها تعديل كيميائي للطرف 5 ، يسمى 5'-cap. تشير البيانات إلى أن هذه التعديلات تساعد على زيادة عمر الرنا المرسال (منع تدهوره المبكر في السيتوبلازم) وكذلك مساعدة الرنا المرسال على بدء الترجمة.

      الشكل 7. تتم معالجة pre-mRNAs في سلسلة من الخطوات. تتم إزالة الإنترونات ، ويضاف غطاء 5 بوصات وذيل بولي-أ.
      Source: http://www.discoveryandinnovation.co. lecture12.html

      الربط البديل

      يحدث التضفير في معظم جزيئات الرنا المرسال حقيقية النواة حيث يتم إزالة الإنترونات من تسلسل الرنا المرسال ويتم ربط الإكسونات معًا. هذا يمكن أن يخلق mRNA أقصر بكثير مما تم نسخه في البداية. يسمح الربط للخلايا بخلط ومطابقة exons التي تم دمجها في منتج mRNA النهائي. كما هو موضح في الشكل أدناه ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى ترميز بروتينات متعددة بواسطة جين واحد.


      الجينات

      ما هو الجين؟ أ الجين is a segment of DNA in an organism's genome that encodes a functional RNA (such as rRNA or tRNA, etc) or protein product (enzymes, tubulin, etc). A generic gene contains elements encoding regulatory regions (which are often not transcribed) and a region encoding a transcribed unit.

      يمكن أن تكتسب الجينات الطفرات - defined as changes in the in the composition and or sequence of the nucleotides - either in the coding or regulatory regions. These mutations can lead to several possible outcomes: (1) nothing measurable happens as a result (2) the gene is no longer expressed or (3) the expression or behavior of the gene product(s) are different. In a population of organisms sharing the same gene, different variants of the gene are known as الأليلات. يمكن أن تؤدي الأليلات المختلفة إلى اختلافات في الأنماط الظاهرية للأفراد وتساهم في التنوع في علم الأحياء الذي يخضع لضغط انتقائي.

      ابدأ في تعلم مصطلحات المفردات والمفاهيم المرتبطة بها. ستكون بعد ذلك على دراية بها إلى حد ما عندما نبدأ في الغوص فيها بمزيد من التفاصيل خلال المحاضرات التالية.

      يتكون الجين من منطقة ترميز لـ RNA أو منتج بروتيني مصحوبًا بمناطقه التنظيمية. يتم نسخ منطقة الترميز إلى الحمض النووي الريبي والذي يترجم بعد ذلك إلى بروتين. Note that most transcripts to not begin with a start codon and end with a stop codon (unlike this example), there are usually upstream and downstream untranslated regions.

      ملخص القسم

      All living things must all transcribe genes from their genomes. While the cellular location may be different (eukaryotes perform transcription in the nucleus bacteria and archaea- lacking a nucleus- perform transcription in the cytoplasm), the mechanisms by which organisms from each of these clades carry out this process are fundamentally the same and can be characterized by three stages: initiation, elongation, and termination.


      Overview of the Stages of Transcription

      The basic steps of transcription are initiation, elongation, and termination. Here we can identify several of the DNA sequences that characterize a gene. The promoter is the binding site for RNA polymerase. It usually lies 5&rsquo to, or upstream of the transcription start site. Binding of the RNA polymerase positions the enzyme to near the transcription start site, where it will start unwinding the double helix and begin synthesizing new RNA. The transcribed grey DNA region in each of the three panels are the transcription unit of the gene. Termination sites are typically 3&rsquo to, or downstream from the transcribed region of the gene. By convention, المنبع refers to DNA 5&rsquo to a given reference point on the DNA (e.g., the transcription start-site of a gene). Downstream then, refers to DNA 3&rsquo to a given reference point on the DNA.

      Figure (PageIndex<2>): Three steps of transcription. (Copyright )


      This eliminates base pair mismatches and insertions or deletions of a few nucleotides that are accidentally introduced by DNA polymerase during replication. Mismatch excision repair occurs after DNA replication. Cells defective in MMR genes (Mismatch Excision Repair genes) have a very high mutation rate which can be up to 1000 times the normal. Mutations in at least six MMR genes cause hereditary non polyposis colorectal cancer (HNPCC). In HNPCC there are mutations in the MLH1 or MSH2 genes. Cells with only one copy of these mutated genes show normal mismatch repair, however, if there is a random mutation in the second gene, the mismatch repair system is lost (something like tumour suppressor genes). This predisposes to other mutations and the development of colorectal cancer. Mismatch repair genes correct mismatched bases introduced during DNA replication.

      Nucleotide Excision Repair removes thymine dimers and large chemical adducts. A different set of genes is required to excise single abnormal bases and are called Base Excision Repair genes.

      The nucleotide excision repair fixes DNA regions containing chemically modified adducts that distort the shape of DNA locally. These proteins slide along the DNA molecule and look for irregularities in the shape of the double helix. If there are irregularities present, these proteins repair the defects. About 30 proteins are involved and they remove fragments of approximately 30 nucleotides. Mutations in at least eight of these genes can cause Xeroderma Pigmentosum. The cells of the affected patients lack a functional nucleotide excision repair mechanism. Therefore, there is no repair of damaged genes and thus predisposition to cancer.


      DNA Transcription (Advanced Detail)

      This animation shows how RNA polymerase and other transcription factors interact to transcribe DNA into RNA.

      DNA is copied into RNA in a process called genetic transcription. The process starts with transcription factors assembling on a region of a gene called a promoter. An enzyme called RNA polymerase travels along the DNA, unzipping its two strands. The molecule then copies one of the strands of DNA into a strand of RNA.

      This animation brings the process to life, showing three-dimensional representations of the molecules involved. Depending on students’ backgrounds, it may be helpful to pause the animation at various points to identify the molecules and describe their interactions.

      تفاصيل

      central dogma, gene expression, initiation, messenger RNA (mRNA), nucleotide, promoter, RNA polymerase, template, transcription factor

      The resource is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International license. No rights are granted to use HHMI’s or BioInteractive’s names or logos independent from this Resource or in any derivative works.


      شاهد الفيديو: نظرية التأرجح Wobble Hypothesis. شحن الحمض النووي الناقل tRNA Charging (كانون الثاني 2022).