تنظیم رونویسی

اولین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین نقطه‌ای که یک سلول یک ژن را کنترل می‌کند، تصمیم برای رونویسی آن است که توسط پروتئین‌های تنظیمی اتخاذ می‌شود. این پروتئین‌ها سیگنال‌ها را می‌خوانند و به توالی‌های خاص DNA متصل می‌شوند تا رونویسی را روشن یا خاموش کنند.

Definition

تنظیم رونویسی کنترل این است که آیا و با چه تناوبی یک ژن به RNA رونویسی می‌شود، که عمدتاً توسط پروتئین‌های تنظیمی که به توالی‌های خاص DNA متصل می‌شوند و فعالیت RNA پلیمراز را تعدیل می‌کنند، انجام می‌گیرد.

Scope

این موضوع شامل اپرون باکتریایی به عنوان مدل کلاسیک رونویسی القایی و سرکوب‌پذیر، نقش سرکوب‌کننده‌ها، فعال‌کننده‌ها و القاکننده‌ها، پروموترها و تقویت‌کننده‌هایی که ماشین رونویسی را در یوکاریوت‌ها به کار می‌گیرند، فاکتورهای رونویسی توالی‌خاص و دامنه‌های آن‌ها، و کنترل ترکیبی است. این مبحث به تنظیم در سطح آغاز رونویسی می‌پردازد؛ تنظیم توسط RNA پس از رونویسی و توسط وضعیت کروماتین در موضوعات مجاور پوشش داده شده‌اند.

Core questions

• اپرون لاکتوز چگونه بیان ژن را در پاسخ به مواد مغذی روشن و خاموش می‌کند؟
• تفاوت بین یک فعال‌کننده و یک سرکوب‌کننده چیست؟
• پروموترها و تقویت‌کننده‌ها چگونه ماشین رونویسی را در یوکاریوت‌ها به کار می‌گیرند و موقعیت می‌دهند؟
• چگونه اتصال ترکیبی فاکتورهای رونویسی الگوهای دقیق بیان را ایجاد می‌کند؟

Key concepts

• اپرون: کنترل القایی و سرکوب‌پذیر
• سرکوب‌کننده‌ها، فعال‌کننده‌ها و القاکننده‌ها
• پروموترها و تقویت‌کننده‌ها
• فاکتورهای رونویسی توالی‌خاص
• کنترل ترکیبی بیان

Mechanisms

پروتئین‌های تنظیمی توالی‌های خاص DNA را شناسایی می‌کنند و یا اتصال و پیشرفت RNA پلیمراز را مسدود یا ترویج می‌کنند؛ در باکتری‌ها یک سرکوب‌کننده منفرد می‌تواند یک اپرون از ژن‌های هم‌رونویسی‌شده را در پاسخ به یک سیگنال مولکول کوچک کنترل کند، در حالی که در یوکاریوت‌ها بسیاری از فاکتورهای رونویسی به صورت ترکیبی از طریق تقویت‌کننده‌های دوردست که به پروموتر حلقه می‌زنند، عمل می‌کنند تا سرعت رونویسی را تعیین کنند.

Clinical relevance

کنترل رونویسی هویت سلولی را تعیین می‌کند، و اختلال آن توسط فاکتورهای رونویسی جهش‌یافته یا تقویت‌کننده‌های ربوده‌شده، زیربنای بسیاری از سرطان‌ها و اختلالات رشدی است، در حالی که سوئیچ‌های رونویسی مهندسی‌شده ابزارهایی در تحقیقات و درمان‌های نوظهور هستند.

History

مطالعه ژاکوب و مونو در سال 1961 بر روی اپرون لاکتوز در اشریشیا کلی، این ایده را معرفی کرد که ژن‌ها توسط پروتئین‌های تنظیمی در پاسخ به محیط روشن و خاموش می‌شوند؛ کالبدشکافی بعدی پتاشنه از سرکوب‌کننده‌های فاژ، چگونگی عملکرد این پروتئین‌ها را به تفصیل بیان کرد، و مطالعه تقویت‌کننده‌های یوکاریوتی این اصل را به کنترل پیچیده رشدی گسترش داد.

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Mark Ptashne

Seminal works

• jacobMonod1961

Frequently asked questions

اپرون چیست؟

اپرون خوشه‌ای از ژن‌ها در باکتری‌ها است که به طور همزمان از یک پروموتر واحد رونویسی می‌شوند و به عنوان یک واحد کنترل می‌شوند، که به سلول اجازه می‌دهد تا در پاسخ به یک سیگنال، مجموعه‌ای کامل از ژن‌های مرتبط را به یکباره روشن یا خاموش کند.

تقویت‌کننده‌ها چگونه از راه دور بر ژن‌ها تأثیر می‌گذارند؟

تقویت‌کننده‌ها توالی‌های DNA هستند که به فاکتورهای رونویسی متصل می‌شوند و حتی زمانی که در توالی دور هستند، بر پروموتر یک ژن تأثیر می‌گذارند؛ DNA حلقه می‌زند به طوری که پروتئین‌های متصل به تقویت‌کننده با ماشین رونویسی در پروموتر تماس برقرار می‌کنند.