رونویسی و بیان ژن
رونویسی فرآیندی است که طی آن توالی یک ژن DNA توسط RNA پلیمراز وابسته به DNA به RNA کپی میشود و این مرحله اصلی است که در آن بیان ژن کنترل میشود. این حوزه ماشینآلات مولکولی و منطق تنظیمی رونویسی را سازماندهی میکند: چگونه پلیمرازها ژنها را پیدا میکنند، چگونه توالیها و پروتئینهای تنظیمی ژنها را روشن یا خاموش میکنند، و چگونه سنتز آغاز، حفظ و متوقف میشود.
Definition
رونویسی، ژنتیکی، بیوسنتز RNA بر روی یک الگوی DNA است که توسط RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز میشود؛ بیان ژن فرآیند گستردهتری است که طی آن اطلاعات یک ژن، با شروع از رونویسی، به یک محصول عملکردی تبدیل میشود.
Scope
این حوزه مراحل اصلی رونویسی (آغاز، طویلسازی، پایان) و لایههای تنظیمی که بر آنها عمل میکنند را پوشش میدهد و شامل سیستمهای باکتریایی و یوکاریوتی میشود. موضوعات آن به آنزیمهای RNA پلیمراز، پروموتر و عناصر DNA عملکننده در سیس (cis-acting)، فاکتورهای رونویسی عملکننده در ترانس (trans-acting)، پایان و تضعیف (attenuation)، و ماشینآلات رونویسی یوکاریوتی چند زیرواحدی میپردازد. این یک نقشه مرجع و آموزشی از مکانیسمها است، نه راهنمایی بالینی.
Sub-topics
Core questions
- RNA پلیمراز چگونه تشخیص میدهد که در کجای ژنوم سنتز RNA را آغاز کند؟
- کدام توالیهای DNA و پروتئینها تعیین میکنند که آیا یک ژن رونویسی میشود و با چه شدتی؟
- آغاز، ادامه و پایان رونویسی چگونه به صورت مکانیکی کنترل میشوند؟
- دستگاه رونویسی یوکاریوتی چه تفاوتی با دستگاه باکتریایی دارد و چرا پیچیدهتر است؟
Key concepts
- RNA پلیمراز وابسته به DNA
- آغاز، طویلسازی و پایان
- پروموترها و عناصر عملکننده در سیس (cis-acting)
- فاکتورهای رونویسی (عملکننده در ترانس)
- رشته الگو و کدکننده
- کوپلینگ رونویسی با پردازش RNA
Key theories
- مدل اپرون تنظیم ژن
- ژاکوب و مونو پیشنهاد کردند که ژنهای باکتریایی در واحدهای تنظیمشده هماهنگ (اپرونها) سازماندهی شدهاند که رونویسی آنها توسط پروتئینهای تنظیمی متصل به توالیهای اپراتور کنترل میشود و اساس مفهومی برای تنظیم رونویسی عملکننده در ترانس را بنا نهادند.
- RNA پلیمرازهای متعدد یوکاریوتی
- روئدر و روتر نشان دادند که یوکاریوتها دارای چندین RNA پلیمراز هستهای وابسته به DNA متمایز (که بعدها Pol I، II و III نامیده شدند) با ویژگیهای الگوی متفاوت هستند که تقسیم کار را در رونویسی یوکاریوتی چارچوببندی میکند.
Mechanisms
رونویسی از طریق شناسایی یک پروموتر، تشکیل یک کمپلکس باز که در آن رشتههای DNA از هم جدا میشوند، سنتز RNA در جهت 5' به 3' با استفاده از یک رشته به عنوان الگو، و پایان که رونویسی و پلیمراز را آزاد میکند، پیش میرود. تنظیم بر روی این مراحل لایهبندی شده است: توالیهای DNA عملکننده در سیس (cis-acting) جایگاههای اتصال را فراهم میکنند، و پروتئینهای عملکننده در ترانس (trans-acting) سیگنالها را برای جذب، فعالسازی یا سرکوب پلیمراز یکپارچه میکنند. در باکتریها، یک پلیمراز هستهای منفرد با فاکتورهای سیگما قابل تعویض، بسیاری از پروموترها را میخواند؛ در یوکاریوتها، سه پلیمراز هستهای کار را تقسیم میکنند و به مجموعههای بزرگی از فاکتورهای عمومی و ژنخاص نیاز دارند که رونویسی را به وضعیت کروماتین و پردازش RNA مرتبط میکنند.
Clinical relevance
از آنجا که رونویسی نقطه کنترل اصلی بیان ژن است، اختلال در تنظیم آن زیربنای بسیاری از فرآیندهای بیماری است، و فاکتورهای رونویسی و مسیرهای آنها به عنوان یک دسته اصلی از اهداف دارویی بالقوه مورد مطالعه قرار میگیرند. این حوزه این مکانیسمها را در سطح مرجع توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.
History
مطالعه مولکولی رونویسی از مدل اپرون ژاکوب و مونو در سال 1961، که توضیح میداد چگونه ژنها روشن و خاموش میشوند، و از کشف روئدر و روتر در اواخر دهه 1960 مبنی بر اینکه یوکاریوتها حاوی چندین RNA پلیمراز هستند، رشد کرد. دهههای بعدی آنزیمشناسی، ساختارها و شبکههای تنظیمی را که اکنون تحت این حوزه سازماندهی شدهاند، حل و فصل کردند.
Key figures
- François Jacob
- Jacques Monod
- Robert G. Roeder
- Roger Kornberg
Related topics
Seminal works
- jacob-monod-1961
- roeder-rutter-1969
- lee-young-2013
Frequently asked questions
- تفاوت بین رونویسی و بیان ژن چیست؟
- رونویسی مرحله خاص کپی کردن DNA به RNA است؛ بیان ژن کل فرآیند تبدیل اطلاعات یک ژن به یک محصول عملکردی است که رونویسی اولین و بیشترین مرحله تنظیمشده آن است.
- چرا رونویسی نقطه اصلی تنظیم ژن است؟
- کنترل اینکه آیا و چقدر RNA ساخته میشود، راهی کارآمد برای سلولها برای تنظیم سطوح پروتئین است، بنابراین سلولها بیشتر ماشینآلات تنظیمی را در مرحله رونویسی سرمایهگذاری میکنند تا مراحل بعدی.