المحفزات وعوامل النسخ

تسلسلات الحمض النووي التي تحدد مكان بدء النسخ، والبروتينات التي تقرأها لتشغيل الجينات أو إيقافها وتعديل ناتجها.

Definition

المحفز هو منطقة الحمض النووي التي توجه بدء نسخ الجين؛ وعوامل النسخ هي بروتينات ترتبط بتسلسلات المحفزات والمعززات لتجنيد أو تعديل بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase)، وبالتالي التحكم فيما إذا كان الجين يُنسخ وكميته.

Scope

يغطي هذا الموضوع عناصر الحمض النووي العاملة في الموقع (cis-acting DNA elements) — المحفزات الأساسية، والعناصر القريبة، والمعززات البعيدة — والبروتينات العاملة عبر الموقع (trans-acting proteins) التي ترتبط بها: عوامل النسخ العامة المطلوبة لتحديد موضع بوليميراز الحمض النووي، والمنظمات الخاصة بالتسلسل التي تنشط أو تثبط جينات معينة. ويتناول كيف تتحد هذه العناصر والعوامل لتحديد متى وبأي قوة يتم نسخ الجين. يتم تطوير المنطق اللاحق للدوائر التنظيمية في مجال تنظيم الجينات.

Core questions

• ما هي العناصر التسلسلية التي تحدد المحفز وأين تقع؟
• كيف تساعد عوامل النسخ العامة في تحديد موضع بوليميراز الحمض النووي؟
• كيف تنشط العوامل الخاصة بالتسلسل أو تثبط جينات معينة؟
• كيف تؤثر المعززات البعيدة على النسخ عند المحفز؟

Key theories

التحكم التجميعي بواسطة عوامل النسخ

يتم تحديد نسخ الجين بواسطة التركيبة المعينة من المنشطات والمثبطات المرتبطة بمحفزه ومعززاته، لذا يمكن لمجموعة محدودة من العوامل أن تحدد عددًا كبيرًا من أنماط التعبير المميزة.

العناصر التنظيمية الوحدوية العاملة في الموقع (cis-regulatory elements)

تحدد المحفزات الأساسية موضع بوليميراز الحمض النووي بينما ترتبط العناصر القريبة والبعيدة المنفصلة مثل المعززات بالعوامل التنظيمية وتعمل عن بعد، مما يجعل الحمض النووي التنظيمي وحدويًا وقابلاً للجمع.

Mechanisms

تتجمع عوامل النسخ العامة عند المحفز الأساسي لتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبوزي وتحديد موضعه بشكل صحيح، مشكلةً الجهاز القاعدي. ترتبط عوامل النسخ الخاصة بالتسلسل بمواقعها المستهدفة عند المحفزات والمعززات من خلال نطاقات ربط الحمض النووي، وتستخدم نطاقات تنشيط أو تثبيط منفصلة لتجنيد المنشطات المساعدة (coactivators)، والمثبطات المساعدة (corepressors)، والمجمعات المعدلة للكروماتين. يمكن للمعززات أن تعمل على مسافات طويلة عن طريق لف الحمض النووي المتداخل بحيث تتصل العوامل المرتبطة بالجهاز القاعدي، مما يدمج العديد من المدخلات في مستوى واحد من النسخ.

Clinical relevance

تسبب الطفرات في المحفزات والمعززات وعوامل النسخ اضطرابات نمو وسرطانات، وتُعد عوامل النسخ أهدافًا علاجية تُدرس بشكل مكثف؛ ويُصاغ ذلك كأهمية بدلاً من كونه إرشادات سريرية.

History

حدد تحليل المحفزات البكتيرية والفيروسية في السبعينيات والثمانينيات تسلسلات المحفزات المحفوظة، وأسس استنساخ أول عوامل نسخ حقيقية النواة خاصة بالتسلسل النظرة التركيبية والوحدوية للتحكم الجيني، والتي أصبحت الآن معيارًا في البيولوجيا الجزيئية.

Key figures

• Robert Tjian
• Mark Ptashne

Seminal works

• lodish2016
• alberts2014

Frequently asked questions

ما الفرق بين المحفز والمعزز؟

المحفز هو الحمض النووي المجاور لموقع البدء حيث يتم وضع بوليميراز الحمض النووي؛ أما المعزز فهو عنصر تنظيمي، غالبًا ما يكون بعيدًا، يعزز النسخ من خلال العوامل المرتبطة به.

هل جميع عوامل النسخ تشغل الجينات؟

لا. بعضها منشطات تزيد من النسخ، بينما البعض الآخر مثبطات تقلل منه أو تمنعه؛ ويحدد التوازن الناتج الجيني للجين.