المحفزات والعناصر العاملة بالمقرون (Cis-Acting Elements)

المحفزات (Promoters) وغيرها من العناصر العاملة بالمقرون (cis-acting elements) هي تسلسلات حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، تقع على نفس الجزيء الذي يحوي الجين الذي تتحكم فيه، وتحدد مكان بدء النسخ وكيفية تنظيمه. توفر هذه العناصر منصة ربط لبوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) والبروتينات التنظيمية، ويحدد تركيبها قوة وتوقيت وخصوصية الأنسجة لتعبير الجين.

Definition

المحفز هو منطقة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) العاملة بالمقرون (cis-acting) التي توجه بدء نسخ الجين؛ وبشكل أوسع، العناصر العاملة بالمقرون هي تسلسلات حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) على نفس الجزيء، والتي ينظم وجودها وترتيبها عملية النسخ من خلال العمل كمواقع ربط لآلية النسخ والبروتينات التنظيمية.

Scope

يغطي هذا الموضوع المحفز الأساسي (core promoter) الذي يحدد موقع بدء النسخ (بما في ذلك عناصر مثل صندوق تاتا (TATA box) والمُبادر (initiator))، والتسلسلات التنظيمية القريبة والبعيدة (المعززات (enhancers)، والمثبطات (silencers)، والعوازل (insulators))، وكيف تميز سمات الكروماتين المحفزات النشطة. كما يميز بين التسلسلات العاملة بالمقرون (cis-acting) (على نفس الجزيء) والبروتينات العاملة بالمفروق (trans-acting) التي تقرأها، ويتم تناول الموضوع بمستوى مرجعي تعليمي.

Core questions

• ما هي تسلسلات الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) التي تحدد أين وبأي قوة يبدأ النسخ؟
• كيف تؤثر المعززات البعيدة على المحفز عبر مسافات جينومية طويلة؟
• ما الذي يميز العنصر العامل بالمقرون (cis-acting element) عن العامل العامل بالمفروق (trans-acting factor)؟

Key concepts

• المحفز الأساسي وموقع بدء النسخ
• صندوق تاتا (TATA box) وعنصر المُبادر (initiator element)
• المعززات (Enhancers) والمثبطات (silencers)
• العوازل (Insulators)
• محفزات جزر CpG
• التنظيم بالمقرون مقابل التنظيم بالمفروق
• حمض نووي ريبوزي معزز (Enhancer RNAs)

Mechanisms

يحتوي المحفز الأساسي على وحدات متكررة قصيرة (sequence motifs)، مثل صندوق تاتا (TATA box) والمُبادر (initiator)، التي تحدد موقع آلية النسخ الأساسية وتعرف موقع البدء، بينما يضبط المزيج الدقيق للعناصر قوة المحفز واستجابته. تعمل المعززات البعيدة (distal enhancers) بشكل مستقل إلى حد كبير عن الاتجاه والمسافة من خلال الالتفاف لتلامس المحفزات المستهدفة، وتحدد العوازل (insulators) النطاقات التنظيمية. في الخلايا البشرية، تحمل معظم المحفزات النشطة علامات كروماتين مميزة، والعديد منها مدمج في جزر CpG، وبعض المعززات نفسها تُنسخ إلى حمض نووي ريبوزي غير مشفر (noncoding RNAs) يصاحب نشاطها التنظيمي.

Clinical relevance

يمكن أن تؤدي الطفرات والمتغيرات في المحفزات والمعززات إلى تغيير جرعة الجين والمساهمة في الأمراض الوراثية والمكتسبة، وتقع العديد من المتغيرات الجينية المرتبطة بالأمراض في هذه المناطق التنظيمية بدلاً من التسلسل المشفر. يصف هذا المدخل هذه التسلسلات على مستوى مرجعي وليس أساسًا للتفسير السريري لمتغيرات فرد معين.

History

حددت الدراسات الكلاسيكية للمحفزات والمعززات في الثمانينيات العناصر الأساسية القصيرة والعمل بعيد المدى للمعززات. وقد عززت مراجعة Smale و Kadonaga لعام 2003 فهم المحفز الأساسي لبوليميراز الحمض النووي الريبوزي II، وأظهرت خرائط الكروماتين والنسخ على نطاق الجينوم لاحقًا كيف يتم تمييز المحفزات وكيف تنظم المعززات، بما في ذلك تلك التي يتم نسخها، تعبير الجينات.

Key figures

• Stephen T. Smale
• James T. Kadonaga
• Joanna Wysocka
• Richard A. Young

Seminal works

• smale-kadonaga-2003
• long-2016

Frequently asked questions

ما الفرق بين المحفز والمعزز؟

المحفز هو التسلسل الموجود في بداية الجين الذي يحدد موقع آلية النسخ، بينما المعزز هو تسلسل تنظيمي يمكنه تعزيز النسخ من مسافة بعيدة وفي أي اتجاه عن طريق الاتصال بالمحفز.

ماذا يعني عامل بالمقرون (cis-acting)؟

العنصر العامل بالمقرون هو تسلسل حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) ينظم جينًا على نفس جزيء الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، على عكس العوامل العاملة بالمفروق (trans-acting factors)، وهي بروتينات قابلة للانتشار (أو حمض نووي ريبوزي) تعمل على التسلسلات المستهدفة بغض النظر عن الموقع.