کنترل رونویسی بیان آنزیم
کنترل رونویسی بیان آنزیم، تنظیم میزان آنزیمی است که یک سلول با تنظیم رونویسی ژنهای کدکننده آن تولید میکند. با افزایش یا کاهش ژنهای آنزیمی در پاسخ به سیگنالهای تغذیهای، هورمونی و تکوینی، سلولها میزان آنزیم موجود را در طی ساعتها به جای ثانیهها تغییر میدهند و کنترل سریع فعالیت توسط آلوستری و اصلاح کووالانسی را تکمیل میکنند.
Definition
کنترل رونویسی بیان آنزیم، تنظیم فراوانی آنزیم است که با کنترل نرخ رونویسی ژنهای کدکننده آنزیم، معمولاً از طریق اتصال فاکتورهای رونویسی به عناصر تنظیمی DNA و از طریق وضعیت کروماتین آن ژنها، به دست میآید و بدین ترتیب میزان پروتئین آنزیم سنتز شده را تعیین میکند.
Scope
این مدخل به منطق تنظیم فراوانی آنزیم از طریق بیان ژن، شامل فاکتورهای رونویسی، عناصر پاسخ، وضعیت کروماتین و مقیاس زمانی کندتر این کنترل نسبت به مکانیسمهای پساترجمهای میپردازد. این یک موضوع مرجع در تنظیم آنزیم است و هیچ راهنمایی بالینی یا درمانی ارائه نمیدهد.
Core questions
- چگونه تغییر رونویسی یک ژن آنزیمی متابولیسم را تنظیم میکند؟
- چرا کنترل رونویسی کندتر از کنترل آلوستریک یا کووالانسی است؟
- چگونه فاکتورهای رونویسی وضعیت متابولیکی را حس کرده و سنتز آنزیم را تنظیم میکنند؟
- چگونه ساختار کروماتین بر بیان یک ژن آنزیمی تأثیر میگذارد؟
Key concepts
- فاکتورهای رونویسی و عناصر پاسخ
- ژنهای آنزیمی القایی در مقابل ساختاری
- کنترل بازخوردی فراوانی آنزیم
- اصلاح کروماتین و دسترسی
- القای هورمونی و تغذیهای
- مقیاس زمانی کند نسبت به کنترل پساترجمهای
Key theories
- رونویسی تنظیمشده با استرول آنزیمهای متابولیکی
- براون و گلدشتاین نشان دادند که فاکتورهای رونویسی SREBP در غشا نگهداری میشوند و در صورت کمبود استرولها توسط پروتئولیز تنظیمشده آزاد میشوند، سپس رونویسی ژنهای آنزیمهای سنتزکننده کلسترول و اسید چرب را فعال میکنند، که کنترل بازخوردی فراوانی آنزیم را در سطح رونویسی نشان میدهد.
Mechanisms
برای تغییر میزان آنزیم موجود، سلولها رونویسی ژنهای مربوطه را تنظیم میکنند. فاکتورهای رونویسی خاص توالی به عناصر تنظیمی DNA در نزدیکی یک ژن متصل میشوند و ماشین رونویسی را جذب یا مسدود میکنند، که منجر به افزایش یا کاهش تولید RNA پیامرسان و در نتیجه پروتئین آنزیم میشود. این فاکتورها اغلب به عنوان حسگر عمل میکنند: هورمونها، مواد مغذی و متابولیتها فعالیت آنها را تغییر میدهند، همانند سیستم SREBP، که در آن استرولهای پایین باعث پروتئولیز تنظیمشدهای میشوند که یک فاکتور رونویسی فعال را آزاد میکند تا آنزیمهای سنتزکننده لیپید را فعال کند. دسترسی به ژنهای آنزیمی بیشتر توسط اصلاحات کروماتین کنترل میشود، که مناطق DNA را برای رونویسی باز یا بسته میکنند. از آنجا که این کنترل نیاز به سنتز و گردش mRNA و پروتئین دارد، در طی ساعتها عمل میکند و سطوح آنزیم در حالت پایدار را برای تغییرات پایدار در تقاضا تنظیم میکند؛ کنترل ترجمهای پاییندستی یک لایه اضافی بر نرخ سنتز پروتئین اضافه میکند.
Clinical relevance
بسیاری از سازگاریهای هورمونی و متابولیکی، و عملکرد چندین دسته دارویی، با تغییر رونویسی ژنهای آنزیمی کار میکنند، بنابراین این کنترل برای بیوشیمی در پزشکی اساسی است. این مدخل مکانیسم را برای مرجع توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا تصمیمات درمانی نیست.
History
سنتز تنظیمشده آنزیمها ابتدا در باکتریها از طریق مطالعات اپرونهای القایی و سرکوبپذیر در اواسط قرن بیستم تثبیت شد، که نشان داد رونویسی ژن میتواند در پاسخ به مواد مغذی تغییر کند. در یوکاریوتها، کشف فاکتورهای رونویسی خاص و عناصر پاسخ، این اصل را به کنترل آنزیمهای متابولیکی گسترش داد، که با مسیر SREBP براون و گلدشتاین نمونهسازی شد. شناسایی اصلاح کروماتین، که توسط کوزاریدس سنتز شد، یک لایه اپیژنتیک اضافه کرد، در حالی که کار بر روی آغاز ترجمه تصویر کلی از چگونگی تعیین فراوانی آنزیم را گسترش داد.
Key figures
- Michael Brown
- Joseph Goldstein
- Tony Kouzarides
- Nahum Sonenberg
Related topics
Seminal works
- brown-goldstein-1997
- kouzarides-2007
Frequently asked questions
- کنترل رونویسی چه تفاوتی با کنترل آلوستریک یک آنزیم دارد؟
- کنترل آلوستریک فعالیت مولکولهای آنزیمی موجود را در عرض چند ثانیه تغییر میدهد، در حالی که کنترل رونویسی تعداد مولکولهای آنزیمی را که سلول تولید میکند، در طی ساعتها تغییر میدهد.
- آنزیم القایی چیست؟
- آنزیمی است که ژن آن تنها زمانی رونویسی و ترجمه میشود که یک سیگنال خاص وجود داشته باشد، بنابراین سلول آنزیم را تنها زمانی که مورد نیاز است تولید میکند و نه همیشه.