التحكم بعد النسخ وبعد الترجمة

يستمر تنظيم التعبير الجيني بعد نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) وبعد تخليق البروتين. يشكل التحكم بعد النسخ معالجة الحمض النووي الريبوزي ونقله ومصيره، بينما يقوم التحكم بعد الترجمة بتعديل البروتين النهائي وتحديد موقعه وتفكيكه — مما يضبط معًا هوية وكمية المنتجات الجينية الوظيفية بما يتجاوز ما يحدده النسخ وحده.

Definition

يشمل التحكم بعد النسخ وبعد الترجمة العمليات التنظيمية التي تؤثر على الحمض النووي الريبوزي بعد النسخ (المعالجة، التعديل، الاستقرار، والترجمة) وعلى البروتينات بعد التخليق (التعديل التساهمي، التوطين، والتحلل) لتحديد المكمل النهائي للمنتجات الجينية النشطة.

Scope

يغطي هذا الموضوع الأحداث اللاحقة للنسخ مثل الوصل البديل (alternative splicing)، وتحرير الحمض النووي الريبوزي (RNA editing)، وعمل البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبوزي (RNA-binding proteins) والحمض النووي الريبوزي التنظيمي الصغير (small regulatory RNAs)، والأحداث اللاحقة للترجمة بما في ذلك التعديل التساهمي للبروتين (لا سيما الفسفرة) والتحلل المنظم للبروتين من خلال نظام اليوبيكويتين-البروتيازوم (ubiquitin-proteasome system). إنه موضوع جزيئي ميكانيكي وليس إرشادات سريرية.

Core questions

• كيف ينتج جين واحد عدة منتجات بروتينية مختلفة؟
• كيف يتم تشغيل أو إيقاف نشاط البروتين بعد تصنيعه؟
• كيف تزيل الخلية بسرعة البروتينات التي لم تعد هناك حاجة إليها؟
• كيف تشكل البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبوزي والحمض النووي الريبوزي الصغير مصير النسخ؟

Key concepts

• الوصل البديل
• تحرير الحمض النووي الريبوزي والتعديل الكيميائي للحمض النووي الريبوزي
• البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبوزي
• التنظيم بواسطة الحمض النووي الريبوزي الميكروي
• فسفرة البروتين والتعديلات التساهمية الأخرى
• تحلل اليوبيكويتين-البروتيازوم
• توطين البروتين المنظم

Mechanisms

بعد النسخ، تتم معالجة النسخة الأولية ويمكن وصلها بطرق بديلة لإنتاج حمض نووي ريبوزي رسول (messenger RNAs) مميز، مما يوسع ذخيرة البروتينات من جين واحد؛ ويزيد تحرير الحمض النووي الريبوزي وتعديله من تنوع النسخ. تتحكم البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبوزي، التي تتعرف على ميزات التسلسل والبنية من خلال نطاقات معيارية، في الوصل والنقل والتوطين والاستقرار والترجمة، وتقوم الحمض النووي الريبوزي الصغير مثل الحمض النووي الريبوزي الميكروي (microRNAs) بقمع النسخ المستهدفة. بمجرد تخليق البروتين، يتم تنظيم وظيفته بعد الترجمة: التعديلات التساهمية القابلة للعكس، والتي تعد الفسفرة بواسطة العائلة الكبيرة من كينازات البروتين (protein kinases) الأكثر انتشارًا، تغير النشاط أو التفاعلات أو التوطين. يتم التحكم في وفرة البروتين أيضًا عن طريق التدمير المنظم — حيث يؤدي وسم البروتينات باليوبيكويتين إلى تحديدها للتحلل بواسطة البروتيازوم، مما يوفر وسيلة سريعة وانتقائية لإنهاء عمل البروتين. تحدد هذه الآليات مجتمعة أي المنتجات الجينية موجودة، وبأي شكل، وكم من الوقت.

Clinical relevance

تُعزى العيوب في الوصل، وفي تعديل البروتين، وفي نظام اليوبيكويتين-البروتيازوم إلى العديد من الأمراض، وتعد هذه الآليات أساسية لكيفية تحكم الخلايا في الإشارات وجودة البروتين. هذا المدخل هو خلفية تعليمية وليس أساسًا لقرارات التشخيص أو العلاج الفردية.

History

خلال أواخر القرن العشرين، تبين أن التعبير الجيني يتم التحكم فيه بشكل يتجاوز النسخ بكثير: تم اكتشاف أن الوصل البديل يساهم في تنويع البروتينات من جينات مفردة، وتم وصف نظام اليوبيكويتين-البروتيازوم (العمل الذي حاز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2004) بواسطة هيرشكو وسيتشانوفر، وظهرت فسفرة البروتين كتعديل تنظيمي مهيمن. وقد وسعت الدراسات الشاملة للجينوم مثل قائمة مانينغ وزملائه لكينازات الإنسان (human kinome) (2002)، ومراجعات البروتينات المرتبطة بالحمض النووي الريبوزي، واكتشاف تنظيم الحمض النووي الريبوزي الميكروي، الصورة اللاحقة للنسخ واللاحقة للترجمة.

Key figures

• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko
• Tony Hunter
• David Bartel

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• manning-2002
• bartel-2009

Frequently asked questions

كيف يمكن لجين واحد أن ينتج أكثر من بروتين واحد؟

يمكن للوصل البديل أن يربط إكسونات الجين بتوليفات مختلفة، ويضيف تحرير وتعديل الحمض النووي الريبوزي المزيد من التنوع، لذلك يمكن لجين واحد أن ينتج عدة أنواع مميزة من الحمض النووي الريبوزي الرسول والمنتجات البروتينية.

كيف يتم التحكم في نشاط البروتين بعد تصنيعه؟

من خلال آليات ما بعد الترجمة مثل التعديل التساهمي القابل للعكس (على سبيل المثال الفسفرة)، والتغيرات في التوطين، والتحلل المنظم بواسطة نظام اليوبيكويتين-البروتيازوم.