تنظيم الجينات وعلم التخلُّق (Epigenetics)

تحمل الخلايا نفس الجينات ومع ذلك تتصرف بشكل مختلف لأنها تتحكم في الجينات التي يتم التعبير عنها، ومتى، وبأي قوة، وبعض هذه الحالات التنظيمية قابلة للتوريث دون أي تغيير في تسلسل الحمض النووي.

Definition

تنظيم الجينات هو مجموعة الآليات التي تتحكم في الجينات التي يتم التعبير عنها وإلى أي درجة، وعلم التخلُّق (epigenetics) هو دراسة التغيرات الوراثية في التعبير الجيني التي لا تتضمن تغييرات في تسلسل الحمض النووي الأساسي.

Scope

يغطي هذا المجال تنظيم النسخ بواسطة المحفزات (promoters) والمعززات (enhancers) وعوامل النسخ (transcription factors)، والأدوار التنظيمية للحمض النووي الريبوزي (RNA) بما في ذلك جزيئات الـ RNA الصغيرة وتداخل الـ RNA، والتحكم في التعبير الجيني من خلال تعديل الكروماتين (chromatin modification) وانتقاله الوراثي، وتأثيرات الأصل الأبوي مثل البصمة الجينومية (genomic imprinting). ويتناول كيف يتم التحكم في التعبير عن جينوم ثابت ووراثته بشكل فوق جيني (epigenetically)؛ بينما يتم تغطية بنية الجينات نفسها وطفراتها على مستوى التسلسل في علم الوراثة الجزيئية.

Sub-topics

• الكروماتين والوراثة اللاجينية
• البصمة الجينومية وتأثيرات الأصل الأبوي
• التنظيم المعتمد على الحمض النووي الريبوزي (RNA)
• التنظيم النسخي

Core questions

• كيف تحدد عوامل النسخ والمحفزات والمعززات متى يتم نسخ الجين؟
• كيف تنظم جزيئات الحمض النووي الريبوزي التعبير الجيني بعد النسخ؟
• كيف تقوم تعديلات الكروماتين بتشغيل أو إيقاف الجينات ونقل هذه الحالة إلى الخلايا الوليدة؟
• كيف تنشأ وتستمر تأثيرات الأصل الأبوي مثل البصمة الجينومية؟

Key theories

نموذج الأوبيرون لتنظيم الجينات

أظهر جاكوب ومونود أن الجينات البكتيرية يمكن تشغيلها وإيقافها بواسطة بروتينات تنظيمية ترتبط بالحمض النووي استجابة للإشارات، مما أرسى مبدأ التعبير الجيني المتحكم فيه.

الوراثة فوق الجينية

يمكن أن تنتقل أنماط مَثْيَلَة الحمض النووي (DNA methylation) وتعديل الهيستون (histone modification) عبر انقسام الخلية، وفي بعض الحالات، عبر الأجيال، مما ينقل حالات التعبير الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي.

Clinical relevance

يؤدي سوء تنظيم التعبير الجيني إلى الإصابة بالسرطان والعديد من الاضطرابات النمائية، وتعد التغيرات فوق الجينية مثل المَثْيَلَة الشاذة (aberrant methylation) أهدافًا تشخيصية وعلاجية، وتوضح اضطرابات البصمة الجينومية (imprinting disorders) الأمراض المرتبطة بالأصل الأبوي، ويكمن التنظيم القائم على الحمض النووي الريبوزي (RNA-based regulation) وراء فئة متنامية من العلاجات.

History

أظهر نموذج الأوبيرون (operon model) لجاكوب ومونود عام 1961 أن الجينات يتم تنظيمها بدلاً من التعبير عنها بشكل دائم؛ وكان وادينغتون قد صاغ سابقًا مصطلح علم التخلُّق (epigenetics) لوصف كيفية إنتاج النمط الجيني للنمط الظاهري، وقد أدى اكتشاف تداخل الحمض النووي الريبوزي (RNA interference) في عام 1998 ورسم الخرائط الجزيئية لعلامات الكروماتين (chromatin marks) إلى ترسيخ الصورة الحديثة للتنظيم الطبقي القابل للتوريث.

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Conrad Waddington
• Andrew Fire

Seminal works

• jacobMonod1961
• allis2007

Frequently asked questions

ماذا يعني مصطلح فوق جيني (epigenetic)؟

يشير إلى التغيرات الوراثية في كيفية التعبير عن الجينات التي لا تغير تسلسل الحمض النووي نفسه، مثل العلامات الكيميائية على الحمض النووي أو البروتينات المرتبطة به التي تشغل أو توقف الجينات ويمكن أن تنتقل إلى الخلايا الوليدة.

إذا كانت كل خلية تحتوي على نفس الجينات، فلماذا تختلف الخلايا كثيرًا؟

تختلف الخلايا لأنها تعبر عن مجموعات فرعية مختلفة من جيناتها المشتركة؛ تحدد الآليات التنظيمية الجينات النشطة في كل نوع خلية، وتساعد العلامات فوق الجينية في تثبيت هذه القرارات مع تخصص الخلايا.