Маълумот

16.3В: Такмилдиҳандаҳои транскриптӣ ва репрессорҳо - Биология

16.3В: Такмилдиҳандаҳои транскриптӣ ва репрессорҳо - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Такмилдиҳандаҳо суръати транскрипсияи генҳоро зиёд мекунанд, дар ҳоле ки репрессорҳо суръати транскрипсияро коҳиш медиҳанд.

Ҳадафҳои таълимӣ

  • Фаҳмонед, ки чӣ тавр тақвиятдиҳандаҳо ва репрессорҳо ифодаи генҳоро танзим мекунанд

Нуқтаҳои асосӣ

  • Такмилдиҳандаҳо метавонанд дар болооби ген, дар минтақаи рамзгузории ген, поёни ген ё ҳазорҳо нуклеотидҳо дур ҷойгир шаванд.
  • Вақте ки протеини хамкунандаи ДНК ба тақвиятдиҳанда пайваст мешавад, шакли ДНК тағир меёбад, ки имкон медиҳад таъсири мутақобила байни фаъолкунандаҳо ва омилҳои транскрипсия ба амал ояд.
  • Репрессорҳо ба ангезаҳои беруна вокуниш нишон медиҳанд, то пайвастшавии омилҳои транскрипсияи фаъолкунандаро пешгирӣ кунанд.
  • Корепрессорҳо метавонанд ташаббуси транскрипсияро тавассути ҷалби гистон деацетилаза пахш кунанд.
  • Деактилизатсияи гистон заряди мусбатро дар гистонҳо зиёд мекунад, ки таъсири мутақобилаи гистонҳо ва ДНКро мустаҳкам мекунад ва ДНК-ро барои транскрипсия камтар дастрас мекунад.

Шартҳои асосӣ

  • такмилдиҳанда: як минтақаи кӯтоҳи ДНК, ки метавонад транскрипсияи генҳоро зиёд кунад
  • репрессор: ҳама гуна сафеда, ки бо ДНК мепайвандад ва ба ин васила ифодаи генҳоро тавассути коҳиш додани суръати транскрипсия танзим мекунад
  • фаъолкунанда: ҳама гуна кимиёвӣ ё агенте, ки як ё якчанд генҳоро тавассути баланд бардоштани суръати транскрипсия танзим мекунад

Такмилдиҳандаҳо ва транскрипсия

Дар баъзе генҳои эукариотӣ минтақаҳое мавҷуданд, ки транскрипсияро афзоиш ё такмил медиҳанд. Ин минтақаҳо, ки такмилдиҳандаҳо номида мешаванд, ҳатман ба генҳое, ки онҳо такмил медиҳанд, наздик нестанд. Онҳо метавонанд дар болооби ген, дар минтақаи рамзгузории ген, дар поёни ген ҷойгир шаванд ё метавонанд ҳазорҳо нуклеотидҳо дур бошанд.

Минтақаҳои такмилдиҳанда пайдарпаии ҳатмӣ ё сайтҳо барои омилҳои транскрипсия мебошанд. Вақте ки протеини-печшавандаи ДНК ба тақвиятдиҳанда пайваст мешавад, шакли ДНК тағир меёбад. Ин таѓйирёбии шакл имкон медињад, ки таъсири мутаќобила байни фаъолкунандањои ба интенситорњо пайвастшуда ва омилњои транскрипсияи ба минтаќаи промотор ва полимеразаи РНК пайвастшуда ба амал ояд. Дар ҳоле ки ДНК одатан ҳамчун хати рост дар ду андоза тасвир шудааст, он воқеан як объекти сеченака аст. Аз ин рӯ, пайдарпаии нуклеотидҳо ҳазорҳо нуклеотидҳо метавонанд бо як промоутери мушаххас печида шаванд ва мутақобила кунанд.

Хомӯш кардани генҳо: Репрессорҳои транскриптӣ

Мисли ҳуҷайраҳои прокариотӣ, ҳуҷайраҳои эукариотӣ низ механизмҳои пешгирии транскрипсия доранд. Репрессорҳои транскриптӣ метавонанд ба минтақаҳои промоутер ё тақвияткунанда пайваст шаванд ва транскрипсияро манъ кунанд. Мисли фаъолкунандагони транскриптӣ, репрессорҳо ба ангезаҳои беруна ҷавоб медиҳанд, то аз пайвастшавии омилҳои транскрипсияи фаъолкунанда пешгирӣ кунанд.

Корпрессор сафедаест, ки ифодаи генро тавассути пайвастшавӣ ба омили транскрипсия, ки дорои домени ҳатмии ДНК мебошад, коҳиш медиҳад. Корпрессор мустақилона ДНК-ро пайваст карда наметавонад. Корпрессор метавонад оғози транскрипсияро тавассути ҷалби гистон деацетилаза, ки хориҷ кардани гурӯҳҳои ацетилро аз пасмондаҳои лизин катализ мекунад, бозмедорад. Ин заряди мусбатро дар гистонҳо зиёд мекунад, ки таъсири мутақобилаи гистонҳо ва ДНКро мустаҳкам мекунад ва ДНК-ро ба раванди транскрипсия камтар дастрас мекунад.


16.3В: Такмилдиҳандаҳои транскриптӣ ва репрессорҳо - Биология

Мисли транскрипсия, тарҷума аз ҷониби сафедаҳо назорат карда мешавад, ки равандро мепайвандад ва оғоз мекунад. Дар тарҷума, пеш аз оғози синтези сафеда, маҷмӯи рибосомаҳо бояд анҷом дода шаванд. Ин як раванди бисёрқадам аст.

Дар маҷмӯи рибосомаҳо зерқисмҳои калон ва хурди рибосомӣ ва tRNA ташаббускори (tRNA)i) дорои кислотаи якуми аминокислотаи занҷири ниҳоии полипептид ҳама дар кодони оғози тарҷума дар mRNA ҷамъ мешаванд, то тарҷума оғоз шавад. Аввалан, зербахши хурди рибосомӣ ба tRNA мепайвандадi ки метионинро дар эукариотҳо ва архейҳо мебарад ва N-формил-метионинро дар бактерияҳо мебарад. (Зеро tRNAi аминокислотаи аминокислота дорад, гуфта мешавад, ки заряднок аст.) Баъдан, зербахши хурди рибосомӣ бо tRNA заряднок.i сканҳои ҳануз дар қад-қади риштаи mRNA басташуда то он даме, ки он ба кодони ибтидоии AUG мерасад, ки ин нишон медиҳад, ки тарҷума аз куҷо сар мешавад. Кодони ибтидоӣ инчунин чаҳорчӯбаи хонишро барои риштаи mRNA муқаррар мекунад, ки барои синтези пайдарпайии дурусти аминокислотаҳо муҳим аст. Тағйир дар чаҳорчӯбаи хониш ба тарҷумаи нодурусти mRNA оварда мерасонад. Антикодон дар tRNAi он гоҳ ба кодони ибтидоӣ тавассути ҷуфтшавӣ пайваст мешавад. Маҷмааи иборат аз mRNA, tRNA заряднокi, ва зершӯъбаи хурди рибосомавӣ ба зербахши калони рибосома пайваст мешавад, ки маҷмӯи рибосомаҳоро анҷом медиҳад. Ин ҷузъҳо бо ёрии сафедаҳое, ки омилҳои ибтидоӣ номида мешаванд, ки ҳангоми оғозёбӣ ба зербахши хурди рибосомӣ пайваст мешаванд ва дар ҳар се соҳаи ҳаёт мавҷуданд, ҷамъ оварда мешаванд. Илова бар ин, ҳуҷайра энергияи GTP-ро барои кӯмак ба ташаккули комплекси ибтидоӣ сарф мекунад. Пас аз ба итмом расидани маҷмӯи рибосома, tRNA-и заряднокi дар макони P-и рибосома ҷойгир аст ва макони холии А барои аминоасил-тРНК-и навбатӣ омода аст. Синтези полипептидҳо оғоз мешавад ва ҳамеша аз N-терминус ба С-терминус, ки самти N-to-C номида мешавад, идома меёбад.

Дар эукариотҳо якчанд сафедаҳои омили ибтидоии эукариотӣ (eIFs) дар ҷамъшавии рибосомаҳо кӯмак мекунанд. Омили ибтидоии эукариотӣ-2 (eIF-2) вақте фаъол аст, ки он ба гуанозин трифосфат (GTP) пайваст мешавад. Ҳангоми пайвасти GTP, протеини eIF-2 ба зербахши хурди 40S рибосомӣ пайваст мешавад. Минбаъд тРНК-и ташаббускор бо метионин заряднок карда мешавад (Met-tRNAi) бо комплекси рибосомаи GTP-eIF-2/40S пайваст мешавад ва вақте ки ҳамаи ин ҷузъҳо ба ҳамдигар пайваст мешаванд, онҳоро якҷоя комплекси 43S меноманд.

Омилҳои оғозёбии эукариотҳо eIF1, eIF3, eIF4 ва eIF5 барои интиқол додани комплекси 43S ба ҳадди 5'8242-m 7G-и мРНК мусоидат мекунанд. Пас аз пайваст шудан ба mRNA’s 5′ m 7G, маҷмааи 43S ба поён рафтани mRNA оғоз мекунад, то он даме ки он ба кодони ибтидоии AUG дар оғози чаҳорчӯбаи хониши mRNA’s расад. Пайдарпайиҳо дар атрофи AUG метавонанд кӯмак кунанд, ки AUG дуруст ҳамчун кодони ибтидоӣ дар mRNA истифода шавад.

Вақте ки комплекси 43S дар оғози AUG ҷойгир аст, tRNAi-Met дар болои AUG ҷойгир карда мешавад. Антикодон дар tRNAi-Ҷуфтҳои базавӣ бо кодони AUG вохӯрданд. Дар ин лаҳза, GTP ба eIF2 дар комплекси 43S ба ММД + фосфат гидролиз мешавад ва энергия хориҷ мешавад. Ин энергия барои озод кардани eIF2 (бо ММД ба он вобаста) аз комплекси 43S истифода мешавад ва зербахши 40S рибосомӣ ва tRNA-ро тарк мекунад.i-Дар макони оғози тарҷумаи mRNA вохӯрдам.

Минбаъд, eIF5 бо GTP пайваст ба зербахши 40S рибосомӣ, ки ба mRNA ва tRNA мураккаб аст, мепайвандад.i— Вохурд. eIF5-GTP имкон медиҳад, ки зербахши калони рибосомаи 60S пайваст шавад. Вақте ки зербахши рибосомаи 60S ворид мешавад, eIF5 GTP-и вобастаи худро ба ММД + фосфат гидролиз мекунад ва энергия хориҷ мешавад. Ин энергия василаи ду зербахши рибосомаро ба рибосомаи солимии 80S бо tRNAi-Met дар макони P худ ва инчунин ба кодони ибтидоии AUG дар mRNA пайваст карда мешавад. Тарҷума барои оғоз омода аст.

Пайвастагии eIF-2 ба зербахши рибосомаи 40S тавассути фосфоризатсия назорат карда мешавад. Агар eIF-2 фосфор карда шавад, он ба тағирёбии конформатсионӣ дучор мешавад ва наметавонад ба GTP пайваст шавад. Бинобар ин комплекси 43S дуруст ташкил карда наметавонад ва ба тарчима халал мерасонад. Вақте ки eIF-2 бефосфорӣ мемонад, он зербахши 40S-и рибосомаро мепайвандад ва сафедаро фаъолона тарҷума мекунад.

Маҷмааи ташаббуси тарҷума: Ифодаи генро метавон тавассути омилҳое назорат кард, ки комплекси оғози тарҷумаро мепайвандад.

Қобилияти пурра ҷамъ кардани рибосома ба суръати тарҷума бевосита таъсир мерасонад. Аммо синтези сафеда дар сатҳҳои гуногуни дигар низ танзим карда мешавад, аз ҷумла синтези mRNA, синтези tRNA, синтези rRNA ва синтези омили ибтидоии эукариот. Тағйирот дар ҳар яке аз ин ҷузъҳо ба суръати тарҷума таъсир мерасонад.


16.4 Танзими генҳои транскрипсияи эукариотӣ

Дар ин бахш шумо саволи зеринро меомӯзед:

Пайвастшавӣ барои курсҳои AP ®

Барои оғоз кардани транскрипсия, омилҳои умумии транскрипсия бояд аввал ба як минтақаи мушаххаси ДНК бо номи қуттии TATA пайваст шаванд ва сипас полимеразаи РНК-ро ба он макон ҷалб кунанд. Илова бар ин, дигар соҳаҳои ДНК, ки минтақаҳои тақвиятдиҳанда номида мешаванд, ба афзоиш додани транскрипсия мусоидат мекунанд. Омилҳои транскрипсия метавонанд ба минтақаҳои тақвияткунанда пайваст шаванд, то транскрипсияро афзоиш ё пешгирӣ кунанд.

Маълумоти пешниҳодшуда ва мисолҳое, ки дар қисмати консепсияҳои дастгирӣ, ки дар идеяи бузурги 3-и чаҳорчӯбаи таълимии AP ® биология оварда шудаанд. Ҳадафҳои омӯзишӣ, ки дар чаҳорчӯбаи барномаи таълимӣ номбар шудаанд, заминаи шаффофро барои курси AP ® биология, таҷрибаи лабораторӣ дар асоси дархост, фаъолиятҳои таълимӣ ва саволҳои имтиҳони AP ® таъмин мекунанд. Ҳадафи омӯзиш мундариҷаи заруриро бо як ё якчанд аз ҳафт амалияи илмӣ муттаҳид мекунад

Идеяи бузург 3 Системаҳои зинда нигоҳдорӣ, дарёфт, интиқол ва вокуниш ба иттилооти барои равандҳои ҳаёт зарурӣ.
Фаҳмиши устувор 3.B Ифодаи иттилооти генетикӣ механизмҳои ҳуҷайравӣ ва молекулавиро дар бар мегирад.
Дониши муҳим 3.B.1 Танзими ген ба ифодаи дифференсиалии ген оварда мерасонад, ки боиси тахассуси ҳуҷайра мегардад
Амалияи илмй 7.1 Донишҷӯ метавонад падидаҳо ва моделҳоро дар миқёси фазоӣ ва вақтӣ пайваст кунад.
Ҳадафи омӯзиш 3.18 Донишҷӯ метавонад робитаи байни танзими ифодаи генҳо ва фарқиятҳои мушоҳидашударо байни намудҳои гуногуни организмҳоро тавсиф кунад.
Дониши муҳим 3.B.1 Танзими ген ба экспрессияи дифференсиалии ген оварда мерасонад, ки боиси тахассуси ҳуҷайра мегардад
Амалияи илмй 7.1 Донишҷӯ метавонад падидаҳо ва моделҳоро дар миқёси фазоӣ ва вақтӣ пайваст кунад
Ҳадафи омӯзиш 3.19 Донишҷӯ метавонад робитаи байни танзими ифодаи генҳо ва фарқиятҳои мушоҳидашударо байни фардҳои популятсия тавсиф кунад
Дониши муҳим 3.B.1 Танзими ген ба ифодаи дифференсиалии ген оварда мерасонад, ки боиси тахассуси ҳуҷайра мегардад.
Амалияи илмй 6.2 Донишҷӯ метавонад тавзеҳоти падидаҳоро дар асоси далелҳои тавассути амалияи илмӣ ба даст овардашуда созад
Ҳадафи омӯзиш 3.20 Донишҷӯ метавонад фаҳмонад, ки чӣ гуна танзими ифодаи генҳо барои равандҳо ва сохторҳое, ки фаъолияти самараноки ҳуҷайраҳоро дастгирӣ мекунанд, муҳим аст.
Дониши муҳим 3.B.1 1 Танзими ген боиси ифодаи дифференсиалии ген мегардад, ки боиси тахассуси ҳуҷайра мегардад.
Амалияи илмй 1.4 Донишҷӯ метавонад намояндагӣ ва моделҳоро барои таҳлили вазъиятҳо ё ҳалли масъалаҳо аз ҷиҳати сифатӣ ва миқдорӣ истифода барад.
Ҳадафи омӯзиш 3.21 Донишҷӯ метавонад аз намояндагӣ истифода барад, то тавсиф кунад, ки чӣ гуна танзими ген ба маҳсулот ва функсияҳои ҳуҷайра таъсир мерасонад.

Дастгирии омӯзгор

Ба донишҷӯён бигузоред, ки бо истифода аз коғази ранга як тасвири визуалӣ эҷод кунанд, ки транскрипсияи ДНК ва нақши тақвиятдиҳандаҳо ва репрессорҳоро дар транскрипсия нишон медиҳад.

Саволҳои Таҷрибаи Илмӣ дорои саволҳои иловагии санҷишӣ барои ин бахш мебошанд, ки ба шумо барои омодагӣ ба имтиҳони AP кӯмак мекунанд. Ин саволҳо ба стандартҳои зерин муроҷиат мекунанд:
[APLO 3.18]

Мисли ҳуҷайраҳои прокариотӣ, транскрипсияи генҳо дар эукариотҳо амалҳои полимеразаи РНК-ро талаб мекунад, то ба пайдарпаии болооби ген пайваст шавад, то транскрипсияро оғоз кунад. Аммо, бар хилофи ҳуҷайраҳои прокариотӣ, полимеразаи эукариотӣ РНК сафедаҳои дигар ё омилҳои транскрипсияро талаб мекунад, то оғози транскрипсияро осон кунад. Омилҳои транскрипсия сафедаҳое мебошанд, ки ба пайдарпаии промоутер ва дигар пайдарпаии танзимкунанда барои назорат кардани транскрипсияи гени мақсаднок пайваст мешаванд. Полимеразаи РНК худ аз худ наметавонад транскрипсияро дар ҳуҷайраҳои эукариот оғоз кунад. Омилҳои транскрипсия бояд аввал ба минтақаи промоутер пайваст шаванд ва полимерази РНК-ро ба макон ҷалб кунанд, то транскрипсия муқаррар карда шавад.

Фаъолияти омилҳои транскрипсия метавонад ифодаи дифференсиалии генҳоро дар ҳуҷайраҳо танзим кунад, ки дар натиҷа маҳсулот ва функсияҳои гуногуни ҳуҷайра ба вуҷуд меояд. Масалан, олимон муайян карданд, ки хусусиятҳои ибтидоии ҷинсиро якчанд генҳо танзим мекунанд. Расми 16.9. Дар пашшаи мева Дрозофила, ба slx ген ҷинсро муайян мекунад. Ин ген вақте ифода мешавад, ки организм ду нусхаи хромосомаи X дорад. Маҳсулоти ген барои slx ба mRNA-и он пайваст мешавад тра ген ва пайвастшавии онро танзим мекунад. Дар хузури slx, тра ба шакли зани худ часпида, ба ифодаи он таъсир мерасонад dsx ва фру ки дар натиҷа хусусиятҳои ҷинсии зан пайдо шаванд. Дар сурати набудани slx, тра ба шакли марди худ пайваст мешавад ва хислатҳои ҷинсии мардона ба вуҷуд меояд.

Пайванд ба омӯзиш

Дар ин сайт раванди транскрипсия - сохтани РНК аз қолаби ДНК -ро бубинед.

  1. ДНК кушода мешавад, омилҳои транскрипсия мепайвандад, комплекси хотимавӣ ба вуҷуд меояд ва полимеразаи ДНК ба mRNA нуклеотидҳоро илова мекунад.
  2. ДНК кушода мешавад, омилҳои транскрипсия мепайвандад ва РНК полимераза ба mRNA нуклеотидҳоро илова мекунад.
  3. Маҷмӯи транскрипсия шаклҳои, омилҳои транскрипсия нуклеотидҳоро ба mRNA-и ташкилкунанда илова мекунанд ва мРНК аз ДНК ҷудо мешавад.
  4. Дарозиш ба амал меояд, ки пас аз он ташаккули комплекси ибтидоии транскрипсия ва ҷудошавии риштаи mRNA аз ДНК ба амал меояд.

Промоутер ва механизми транскрипсия

Генҳо барои осон кардани назорати ифодаи генҳо ташкил карда шудаанд. Минтақаи промоутер фавран дар болои пайдарпаии рамзгузорӣ ҷойгир аст. Ин минтақа метавонад кӯтоҳ (дарозии танҳо якчанд нуклеотидҳо) ё хеле дароз (садҳо нуклеотидҳо) бошад. Чӣ қадаре ки промоутер дарозтар бошад, барои пайваст кардани сафедаҳо фазои дастрас бештар аст. Ин инчунин назорати бештарро ба раванди транскрипсия илова мекунад. Дарозии промоутер ба ген хос аст ва метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Дар натиҷа, сатҳи назорати ифодаи генҳо низ метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Мақсади промоутер пайваст кардани омилҳои транскрипсия мебошад, ки оғози транскрипсияро назорат мекунанд.

Дар дохили минтақаи промоутер, танҳо дар болооби сайти оғози транскриптӣ, қуттии TATA ҷойгир аст. Ин қуттӣ танҳо такрори динуклеотидҳои тимин ва аденин аст (айнан TATA такрор мекунад). Полимеразаи РНК ба комплекси ибтидоии транскрипсия пайваст шуда, имкон медиҳад, ки транскрипсия ба амал ояд. Барои оғози транскрипсия, омили транскрипсия (TFIID) аввалин шуда ба қуттии TATA пайваст мешавад. Пайвастагии TFIID дигар омилҳои транскрипсияро, аз ҷумла TFIIB, TFIIE, TFIIF ва TFIIH-ро ба қуттии TATA ҷалб мекунад. Пас аз ҷамъ шудани ин комплекс, полимеразаи РНК метавонад ба пайдарпаии болооби он пайваст шавад. Ҳангоми пайвастшавӣ бо омилҳои транскрипсия, РНК полимераза фосфоризатсия мешавад. Ин як қисми протеинро аз ДНК ҷудо мекунад, то комплекси ибтидоии транскрипсияро фаъол созад ва полимеразаи РНК-ро ба самти дуруст барои оғоз кардани транскрипсия ҷойгир мекунад, протеини-печшавандаи ДНК тақвиятдиҳандаеро меорад, ки метавонад аз ген хеле дур бошад, дар тамос бо омилҳои транскрипсия ва сафедаҳои миёнаравӣ (расми 16.10).

Илова ба омилҳои умумии транскрипсия, омилҳои дигари транскрипсия метавонанд ба промоутер пайваст шаванд, то транскрипсияи генҳоро танзим кунанд. Ин омилҳои транскриптӣ ба промоутерҳои маҷмӯи мушаххаси генҳо мепайвандад. Онҳо омилҳои умумии транскрипсия нестанд, ки ба ҳар як маҷмӯи промоутерҳо пайваст мешаванд, балки ба пайдарпаии мушаххас дар промоутер гени мушаххас ҷалб карда мешаванд. Дар як ҳуҷайра садҳо омилҳои транскрипсия мавҷуданд, ки ҳар кадоми онҳо махсусан ба як мотиви пайдарпаии ДНК мепайвандад. Вақте ки омилҳои транскрипсия ба промоутер танҳо дар болооби гени рамзӣ пайваст мешаванд, он ҳамчун ген номида мешавад. cis-унсури амалкунанда, зеро он дар як хромосома дар паҳлӯи ген ҷойгир аст. Минтақае, ки омили мушаххаси транскрипсия ба он пайваст мешавад, макони ҳатмии омили транскрипсия номида мешавад. Омилҳои транскриптӣ ба ангезаҳои муҳити зист посух медиҳанд, ки сафедаҳоро барои пайдо кардани макони ҳатмии худ ва оғоз кардани транскрипсияи гени зарурӣ оғоз мекунанд.

Такмилдиҳандаҳо ва транскрипсия

Дар баъзе генҳои эукариотӣ минтақаҳое мавҷуданд, ки транскрипсияро афзоиш ё такмил медиҳанд. Ин минтақаҳо, ки тақвиятдиҳандаҳо номида мешаванд, ҳатман ба генҳое, ки онҳо такмил медиҳанд, наздик нестанд. Онҳо метавонанд дар болооби ген, дар минтақаи рамзгузории ген, дар поёни ген ҷойгир шаванд ё метавонанд ҳазорҳо нуклеотидҳо дур бошанд.

Минтақаҳои такмилдиҳанда пайдарпаии ҳатмӣ ё сайтҳо барои омилҳои транскрипсия мебошанд. Ҳангоми пайваст кардани протеини ДНК-печшаванда шакли ДНК тағйир меёбад (расми 16.10). Ин таѓйирёбии шакл имкон медињад, ки ба њамкории фаъолкунандањои ба интенситорњо пайвастшуда бо омилњои транскриптсионие, ки ба минтаќаи промотор ва полимеразаи РНК мепайвандад. Дар ҳоле ки ДНК одатан ҳамчун хати рост дар ду андоза тасвир шудааст, он воқеан як объекти сеченака аст. Аз ин рӯ, пайдарпаии нуклеотидҳо ҳазорҳо нуклеотидҳо метавонанд бо як промоутери мушаххас печида шаванд ва мутақобила кунанд.

Хомӯш кардани генҳо: Репрессорҳои транскриптӣ

Мисли ҳуҷайраҳои прокариотӣ, ҳуҷайраҳои эукариотӣ низ механизмҳои пешгирии транскрипсия доранд. Репрессорҳои транскриптӣ метавонанд ба минтақаҳои промоутер ё тақвияткунанда пайваст шаванд ва транскрипсияро манъ кунанд. Мисли фаъолкунандагони транскриптӣ, репрессорҳо ба ангезаҳои беруна ҷавоб медиҳанд, то аз пайвастшавии омилҳои транскрипсияи фаъолкунанда пешгирӣ кунанд.


Такмилдиҳандаҳо, репрессорҳо ва промоутерҳо

Дар фасли ин моҳ, мо ба мавзӯъе бознигарӣ хоҳем кард, ки аксарият - эҳтимол ҳатто ҳама - хонандагон дар як курси дурдасти бакалаврӣ дучор шуда буданд, аммо эҳтимолан на он қадар амиқ ё бо аҳамияти он ба бемориҳои ирсии инсон берун аз он хеле возеҳ гуфта шудааст. якчанд ҳолатҳои махсус. Ин як санҷиши фаврӣ аст: саволеро баррасӣ кунед: "Оё мутатсияҳо дар минтақаҳои рамзгузории генҳо танҳо дар наздикии онҳо метавонанд ба ҳолати беморӣ оварда расонанд?" Агар вокуниши фаврии шумо ба ин ҷавоб бо "Ҳа" бошад, ин мақола барои шумост. (Агар шумо "Не" ҷавоб дода бошед, шумо метавонед ба ҳар ҳол хонед ва бубинед, ки мантиқи шумо дуруст аст!)

Биёед ба баъзе биологияи хеле асосии молекулавӣ баргардем. Геном генҳоро дар бар мегирад, ки минтақаҳои ДНК мебошанд, ки дар баъзе мавридҳо ба РНК транскрипсия мешаванд, ин РНК худаш мустақиман функсионалӣ аст (масалан, tRNAs ё ҷузъи 18S рибосома), аммо дар аксари ҳолатҳо, РНК мРНК аст, дорои пайдарпаии рамзгузории сафедаҳо, ки аз ҷониби механизми рибосомӣ ба силсилаи ковалентии аминокислотаҳо - сафеда табдил дода мешавад, ки аз рӯи табиати химияҳои гуногуни занҷири паҳлӯ ва таъсири мутақобилаи электростатикӣ, гидрогенӣ ва гидрофобӣ то ҳадди ақали энергияи термодинамикӣ печонида мешаванд. Ҳолат барои эҷод кардани ферментҳои функсионалӣ ё сафедаи сохторӣ. Мутацияҳо - тағирот дар пайдарпаии асосии ДНК - дар ҳама гуна минтақаи рамзгузорӣ аз рӯи омор эҳтимолияти тағироти номатлуби функсияро дар маҳсулоти ниҳоии сафеда ба вуҷуд меоранд, гарчанде ки "эҳтимол дорад" хотиррасон мекунад, ки чунин мутатсияҳо метавонанд хомӯш бошанд (маънои боиси пайдоиши протеин нашаванд). тағирёбии пайдарпай), ё зараровар нест (тағйироте, ки таъсири назаррас надорад) ё ҳатто эҳтимолан фоидаовар аст, ки маҳсулоти аз ҷиҳати биологӣ мувофиқтарро медиҳад.

Он чизе, ки хулосаи фишурдашудаи тақрибан ду соли курсҳои биологияи бакалавриро фаромӯш мекунад, ин аст, ки ин генҳо дар ДНК на танҳо ба таври ҷодугарӣ ба РНК мустақилона транскрипт карда мешаванд. Бо дарназардошти он, ки танҳо як қисми хурди геноми инсон генҳои воқеиро, ки дар боло муайян карда шудааст, дорад, дигар унсурҳои пайдарпайии ДНК мавҷуданд, ки нақши ягонаи онҳо дар куҷо будани генҳо ва назорати сатҳи ифодаи онҳо (транскрипт ба РНК) мебошад. Се намуди махсусан муҳими ин унсурҳои назорат мавҷуданд, ки промоутерҳо, такмилдиҳандаҳо ва репрессорҳо номида мешаванд ва тавре ки мо дар зер мебинем, мутатсияҳо дар ҳар кадоми онҳо метавонанд назар ба мутатсияҳо дар пайдарпайии рамзгузорӣ таъсири ҷиддӣ (ё бадтар) дошта бошанд.

Промоутерҳо: дарвозабони наздик барои ген

Промоутерҳо пайдарпайии нисбатан кӯтоҳ мебошанд (дарозии тақрибан аз 100 то 1000 ҷуфти асосӣ) ҳамеша мустақиман дар боло (5', нисбат ба риштаи рамзгузории ДНК) гене, ки онҳо назорат мекунанд ("ронанда", ба ибораи муқаррарӣ) пайдо мешаванд. Ин пайдарпайҳо дорои унсурҳое мебошанд, ки дар полимеразҳои РНК барои транскрипсияи ген масъуланд. Хеле содда, агар пайдарпаии муайяни промоутер дар як намуди муайяни ҳуҷайра ва муҳити мушаххас дар ҷалби полимеразаи РНК ба ҳадди аксар самаранок бошад - биёед онро 100% фаъолият меномем - пас тағирот дар пайдарпаӣ метавонанд ба амал оянд, ки ин фаъолиятро коҳиш медиҳанд (дар як воҳиди вақт камтар РНК сохта мешавад). ). Баъзе тағиротҳо нисбат ба дигарон халалдортаранд ва дар якҷоягӣ тасаввур кардан душвор нест, ки чӣ гуна тағирот аз пайдарпаии "беҳтарин" промоутер метавонад ба потенсиали диапазони ҳамвори суръати ифодаи базавӣ, аз 1% то 100% ифодаи пурра оварда расонад. Ин аз нуқтаи назари ҳуҷайра як чизи бузург аст, зеро он ба генҳои гуногун имкон медиҳад, ки сатҳи ифодаи онҳо ба миқдори устувори маҳсулоти генӣ мувофиқ бошанд.

Илова кардани (айнан) як қабати мураккабӣ дар он аст, ки промоутерҳо полимеразаи РНК-ро мустақиман намепайванданд. Ба ҷои ин, онҳо дорои зерпайвандҳои кӯтоҳтаре мебошанд, ки ҳамчун маконҳои ҳатмӣ барои як синфи сафедаҳо эътироф карда мешаванд, ки бо номи омилҳои транскрипсия (TFs) маълуманд, шумораи зиёди онҳо мавҷуданд, ки ҳар кадоми онҳо макони ҳатмии пайдарпаии ДНК-ро доранд (одатан кӯтоҳ, 10- 20 ҷуфти асосӣ) ва сатҳи қобилияти худ барои ҷалб кардан дар полимеразаи РНК. Бисёриҳо инчунин мустақиман ё бавосита сайтҳои аллостерикӣ (дуюмдараҷа) доранд, ки лигандҳо ба монанди метаболитҳо ё гормонҳо метавонанд пайваст шаванд ва ба сатҳи фаъолияти омили транскрипсия таъсир расонанд. Дар асл, ин таъсири мутақобилаи мураккаби ҳамаи ин омилҳои гуногуни транскрипсия ва лигандҳои модулятории онҳост, ки дар асоси он чӣ гуна намудҳои гуногуни ҳуҷайраҳо муайян карда мешаванд ва гепатоцит бо вуҷуди ДНК якхела буданаш аз ҳуҷайраҳои эпителиалӣ фарқ мекунад - онҳо " қабули сигналҳои гуногун» - ки сатҳи ифодаи нисбии генҳои гуногунро назорат мекунанд.

Пас фаҳмидан осон аст, ки чӣ гуна мутация дар дохили промоутер, тағир додани макони ҳатмии TF метавонад на тавассути тағир додани функсияи генҳои баркамол, балки тавассути тағирёбии сатҳи ифодаи маҳсулот ба мушкилот оварда расонад. Танзими номатлуб ё боло ё поёни ген метавонад оқибатҳои ҷиддӣ дошта бошад ва агар он дар ген, ки дар навбати худ экспрессия ё фаъолияти генҳои дигарро назорат мекунад, ба қадри кофӣ бадбахт бошад, як маҷмӯи генҳо метавонад сатҳи онҳоро бо тағирёбии як нуклеотид тағир диҳад. . Қариб дар ҳама ҳолатҳо, ин беҳтарин нест ва чунин тағирот ба ҳолати беморӣ оварда мерасонад.

Хонанда дар хотир дорад, ки мо ин бахшро бо гуфта будем, ки промоутер ҳамеша мустақиман дар болои ген аст. Фосилаи байни промоутер ва макони оғози транскриптӣ (дар он ҷо нуклеотиди аввалини РНК дар транскрипти нав гузошта мешавад) низ муҳим аст, аз ин рӯ, мутатсияҳои дохилкунӣ ё несткунӣ - ҳатто онҳое, ки ягон макони махсуси ҳатмии TF-ро мустақиман тағир намедиҳанд - метавонанд таъсир расонанд сатҳи ифодаи ген. Намунаи ин ба ҳама хонандагон шинос аст Бемории Ҳантингтон. Дар ин ҷо, як унсури генетикии ноустувор байни промоутер ва макони оғози транскриптӣ ҷойгир аст. Одатан фосила қобили қабул аст ва сатҳи кофии гени mRNA-и Ҳантингтон транскрипт карда мешавад, аммо ҳангоми репликатсияи ҳуҷайра унсури ноустувор метавонад ДНК-и иловагиро ворид кунад ва промоутерро аз оғози ген дур кунад. Вақте ки ин рӯй медиҳад, промоутер дар рондани транскрипт камтар самаранок аст ва сатҳи транскрипт паст мешавад. Агар воридшавӣ хурд бошад ва коҳиши ифода кам бошад, бемории ошкоро ба вуҷуд намеояд, аммо он ҳолати "интиқолдиҳанда" ҳисобида мешавад, ки дар он васеъшавии минбаъда ифодаи генро аз сатҳҳои зарурӣ барои фаъолияти муқаррарӣ коҳиш медиҳад ва патологияи беморӣ натиҷа медиҳад. (Интиқолдиҳанда ба ин маъно ба маънои генетикаи Менделӣ комилан шабеҳ нест, бинобар ин нохунакҳо.)

Хулоса ин аст, ки барои ҳар як ген на танҳо пайдарпаии қисмати рамзгузорӣ барои фаъолияти дуруст муҳим аст, балки ҳамеша як минтақаи промоутерҳои ҳамсоя вуҷуд дорад, ки ба мутатсияҳо ҳассос аст, ки метавонад оқибатҳои ҷиддии клиникӣ дошта бошад. Ген метавонад пайдарпаии комили рамзгузории навъи ваҳшӣ дошта бошад, аммо ба қадри зарурӣ кор намекунад.

Такмилдиҳандаҳо ва репрессорҳо

Хабари хуш дар бораи промоутерҳо ин аст, ки мо медонем, ки онҳоро аз куҷо пайдо кунем. Дарвоқеъ, тавассути пайдарҳамӣ ва таҳқиқи шумораи зиёди онҳо дар контекстҳои гуногун ва муайян кардани TF-ҳои мухталифе, ки сайтҳои ҳатмии онҳо ва лигандҳои онҳоро мепайвандад, мо мефаҳмем, метавонем пайдо кунем ва дар заминаи дуруст ҳатто промоутерҳоро бо хоҳиши худ корҳоеро анҷом диҳем. ҳамчун ифодаи генҳои мушаххаси бофтаро эҷод кунед.

Бо вуҷуди ин, такмилдиҳандаҳо ва репрессорҳо душвортаранд. Инҳо унсурҳои пайдарпаии ДНК мебошанд, ки метавонанд сатҳҳои ифодаи генҳоро танзим кунанд (ба боло барои тақвиятдиҳандаҳо ва ба поён барои репрессорҳо, тавре ки тахмин кардан мумкин аст). Мисли промоутерҳо, онҳо унсурҳои ҷуфти асосӣ (50-1,000) мебошанд ва дар дохили ин элемент сайтҳои ҳатмӣ (аксар вақт ҳамчун нусхаҳои такрорӣ) барои сафедаҳо, ки метавонанд ба суръати транскрипсия дар генҳои наздик таъсир расонанд, хоҳанд дошт. Дар наздикӣ истилоҳи қасдан норавшан аст, зеро он метавонад аз гене, ки ба он таъсир мерасонад, то 1 миллион ҷуфти пойгоҳ дур бошад ва онҳо метавонанд дар болооб ё поён, яъне 5' ё 3' - ба ген бошанд. Онҳо ҳадди аққал бо амал дар cis ё ба ибораи дигар, дар як хромосомаи ҳамшафати ген маҳдуданд, аммо муайян кардани онҳо дар робита бо гени мушаххас метавонад душвор бошад. Бо дарназардошти ҳолати пайдарпайии гипотетикии тақвиятдиҳанда, дарёфти сатҳи экспрессияи ба таври ғайричашмдошт пасти гени ба таври дигар солим бо пайдарпаии муқаррарии промоутерҳо аввалин далеле хоҳад буд, ки пайдарпаии тақвиятдиҳандагон метавонанд ҷалб карда шаванд. Агар як қатор чунин ҳолатҳо пайдо шаванд ва минтақаи геномие, ки дар паҳлӯи гени таъсиррасон ҷойгир аст, пайдарпай ҷойгир карда шавад, муайян кардани ҳама гуна минтақаҳои тағирёбии генетикӣ аз намуди ваҳшӣ, ки дар байни ин ҳолатҳо маъмуланд, ҷои ҷустуҷӯи унсурҳои тақвиятдиҳанда хоҳад буд. Интизор меравад, ки зарар (тағйир додани пайдарпаӣ ё нест кардани онҳо) ифодаи генҳоро коҳиш диҳад. Тасвири оинаи ин ба як маъно репрессорест, ки дорои як хусусият аст, аммо дар ҳолати муқаррарии худ ифодаи генро коҳиш медиҳад. Мутация дар макони репрессор пас аз он боиси болоравии номатлуб дар ифодаи ген мегардад.

Чӣ тавр тақвиятдиҳандаҳо ва репрессорҳо дар чунин масофаҳои калон кор мекунанд - ва шояд ҷолибтар он аст, ки онҳо чӣ гуна мушаххасанд? Яъне, тақвиятдиҳанда ё репрессор одатан дар як гени мушаххаси дурдаст амал мекунад, аммо генҳои дигар дар наздикии яке аз таъсиршуда метавонанд таъсир нарасонанд. Ҷавоб ба ин шояд то ҳадде ноумедкунанда бошад, зеро ҷавоби аҷибе вуҷуд надорад, зеро тақвиятдиҳанда ё репрессор аз ҷиҳати фазоӣ аз гени танзимкунандаи он дур нест. Ба ибораи дигар, тақвиятдиҳандаҳо ва репрессорҳо аз сабаби ташкили хроматин метавонанд дар ҳадафҳои пайдарпай дур кор кунанд. Бо печондан ва фишурдани хромосомаҳо, то дар дохили ядрои ҳуҷайра ҷойгир шаванд, унсурҳои пайдарпайии дурро аз ҷиҳати ҷисмонӣ ба ҳамдигар ҷойгир кардан мумкин аст, то сафедае, ки як элементи пайдарпайро мепайвандад, мустақиман ба дигараш пайваст ва таъсир расонад. Аммо хонандаи ботаҷриба қайд мекунад, ки барои он ки ин боэътимод кор кунад, бастабандӣ ва ташкили генҳо бояд ба таври такроршаванда ба амал оянд, ки ба ду қисмати хромосома дар наздикӣ эътимод дошта бошанд. Хонандаи боз ҳам зирактар ​​метавонад минбаъд тахмин кунад, ки агар ташкили хромосомаҳо ва бастабандӣ дар марҳилаҳои давраи ҳуҷайра ба таври эътимодбахш тағир ёбад, кас метавонад тақвиятдиҳандаҳо ё репрессорҳоро тасаввур кард, ки танҳо дар вақти муайян таъсир расонида метавонанд.

Хулоса

Паёми хонагӣ аз ҳамаи гуфтаҳои дар боло зикршуда ин аст, ки не, ин танҳо пайдарпаии рамзгузории ҳар як ген нест, ки метавонад ба функсияи биологии ген мутаатсия ва таъсир расонад. Ин барои иттилооти нисбӣ, ки тавассути пайдарпайии геномҳо ва лоиҳаҳои пайдарпайии экзомҳо интиқол дода мешаванд, эҳтимол дорад - аммо ин мавзӯъ барои як моҳи дигар аст.


Генҳо барои осон кардани назорати ифодаи генҳо ташкил карда шудаанд. Минтақаи промоутер фавран дар болои пайдарпаии рамзгузорӣ ҷойгир аст. Ин минтақа метавонад кӯтоҳ (дарозии танҳо якчанд нуклеотидҳо) ё хеле дароз (садҳо нуклеотидҳо) бошад. Чӣ қадаре ки промоутер дарозтар бошад, барои пайваст кардани сафедаҳо фазои дастрас бештар аст. Ин инчунин назорати бештарро ба раванди транскрипсия илова мекунад. Дарозии промоутер ба ген хос аст ва метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Дар натиҷа, сатҳи назорати ифодаи генҳо низ метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Максад аз тарғибкунанда пайваст кардани омилҳои транскрипсия, ки оғози транскрипсияро назорат мекунанд.

Дар дохили минтақаи асосии промоутер, аз 25 то 35 пойгоҳ дар боло аз макони оғози транскриптӣ қуттии TATA ҷойгир аст. Қуттии TATA дорои пайдарпаии консенсусии 5'-TATAAA-3' мебошад. Қуттии TATA макони ҳатмии маҷмааи сафеда бо номи TFIID мебошад, ки дорои сафедаи TATA-ҳатмист. Пайвастагии TFIID омилҳои дигари транскрипсияро, аз ҷумла TFIIB, TFIIE, TFIIF ва TFIIH, ҷалб мекунад. Баъзе аз ин омилҳои транскрипсия барои пайваст кардани полимеразаи РНК ба промотор кӯмак мекунанд ва дигарон барои фаъол кардани комплекси ибтидоии транскрипсия кӯмак мекунанд.

Илова ба қуттии TATA, дар баъзе промоутерҳо сайтҳои дигари ҳатмӣ мавҷуданд. Баъзе биологҳо бартарӣ медиҳанд, ки доираи промоутерҳои эукариотӣ ба промотори аслӣ ё макони ҳатмии полимеразро маҳдуд кунанд ва ба ин сайтҳои иловагӣ ҳамчун унсурҳои промоутер-проксималӣ ишора кунанд, зеро онҳо одатан дар ҳудуди чандсад ҷуфти пойгоҳ дар боло аз макони оғози транскриптӣ ҷойгиранд. . Намунаҳои ин унсурҳо қуттии CAAT бо пайдарпаии консенсуси 5'-CCAAT-3' ва қуттии GC бо пайдарпаии консенсуси 5'-GGGCGG-3' мебошанд. Омилҳои мушаххаси транскрипсия метавонанд ба ин унсурҳои промоутер-проксималӣ пайваст шаванд, то транскрипсияи генҳоро танзим кунанд. Генҳои додашуда метавонанд омезиши худро аз ин сайтҳои мушаххаси ҳатмии транскрипт-омил дошта бошанд. Дар як ҳуҷайра садҳо омилҳои транскрипсия мавҷуданд, ки ҳар яки онҳо махсусан ба як мотиви пайдарпайии ДНК мепайвандад. Вақте ки омилҳои транскрипсия ба промоутер танҳо дар болооби гени рамзшуда мепайвандад, он ҳамчун унсури амалкунандаи cis номида мешавад, зеро он дар ҳамон хромосома дар паҳлӯи ген ҷойгир аст. Омилҳои транскриптӣ ба ангезаҳои муҳити зист посух медиҳанд, ки сафедаҳоро барои пайдо кардани макони ҳатмии худ ва оғоз кардани транскрипсияи гени зарурӣ оғоз мекунанд.


Биология 171

Дар охири ин бахш, шумо метавонед корҳои зеринро иҷро кунед:

  • Нақши омилҳои транскрипсияро дар танзими генҳо баррасӣ кунед
  • Фаҳмонед, ки чӣ тавр тақвиятдиҳандаҳо ва репрессорҳо ифодаи генҳоро танзим мекунанд

Мисли ҳуҷайраҳои прокариотӣ, транскрипсияи генҳо дар эукариотҳо амали полимеразаи РНК-ро талаб мекунад, то ба пайдарпаии ДНК дар болооби ген пайваст шавад, то транскрипсияро оғоз кунад. Аммо, бар хилофи ҳуҷайраҳои прокариотӣ, полимеразаи эукариотӣ РНК сафедаҳои дигар ё омилҳои транскрипсияро талаб мекунад, то оғози транскрипсияро осон кунад. Полимеразаи РНК худ аз худ наметавонад транскрипсияро дар ҳуҷайраҳои эукариотӣ оғоз кунад. Ду намуди омилҳои транскрипсия мавҷуданд, ки транскрипсияи эукариотҳоро танзим мекунанд: Омилҳои транскрипсияи умумӣ (ё базалӣ). ба минтақаи промоутерҳои аслӣ пайваст мешавад, то ба пайвастшавии полимерази РНК мусоидат кунад. Омилҳои мушаххаси транскрипсия ба минтақаҳои гуногун берун аз минтақаи промоутерҳои аслӣ пайваст мешаванд ва бо сафедаҳо дар промоутерҳои аслӣ ҳамкорӣ мекунанд, то фаъолияти полимеразро афзоиш ё репрессия кунанд.

Раванди транскрипсияро тамошо кунед (видео) — сохтани РНК аз қолаби ДНК.

Промоутер ва механизми транскрипсия

Генҳо барои осон кардани назорати ифодаи генҳо ташкил карда шудаанд. Минтақаи промоутер фавран болои пайдарпаии рамзгузорӣ аст. Ин минтақа метавонад кӯтоҳ (дарозии танҳо якчанд нуклеотидҳо) ё хеле дароз (садҳо нуклеотидҳо) бошад. Чӣ қадаре ки промоутер дарозтар бошад, барои пайваст кардани сафедаҳо фазои дастрас бештар аст. Ин инчунин назорати бештарро ба раванди транскрипсия илова мекунад. Дарозии промоутер ба ген хос аст ва метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Дар натиҷа, сатҳи назорати ифодаи генҳо низ метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Мақсади промоутер пайваст кардани омилҳои транскрипсия мебошад, ки оғози транскрипсияро назорат мекунанд.

Дар дохили минтақаи асосии промоутер, аз 25 то 35 пойгоҳ дар боло аз макони оғози транскриптӣ қуттии TATA ҷойгир аст. Қуттии TATA дорои пайдарпаии консенсусии 5'-TATAAA-3' мебошад. Қуттии TATA макони ҳатмии маҷмааи сафеда бо номи TFIID мебошад, ки дорои сафедаи TATA-ҳатмист. Пайвастагии TFIID омилҳои дигари транскрипсияро, аз ҷумла TFIIB, TFIIE, TFIIF ва TFIIH, ҷалб мекунад. Баъзе аз ин омилҳои транскрипсия барои пайваст кардани полимеразаи РНК ба промотор кӯмак мекунанд ва дигарон барои фаъол кардани комплекси ибтидоии транскрипсия кӯмак мекунанд.

Илова ба қуттии TATA, дар баъзе промоутерҳо сайтҳои дигари ҳатмӣ мавҷуданд. Баъзе биологҳо бартарӣ медиҳанд, ки доираи промоутерҳои эукариотӣ ба промотори аслӣ ё макони ҳатмии полимеразро маҳдуд кунанд ва ба ин сайтҳои иловагӣ ҳамчун унсурҳои промоутер-проксималӣ ишора кунанд, зеро онҳо одатан дар ҳудуди чандсад ҷуфти пойгоҳ дар боло аз макони оғози транскриптӣ ҷойгиранд. . Намунаҳои ин унсурҳо қуттии CAAT бо пайдарпаии консенсуси 5'-CCAAT-3' ва қуттии GC бо пайдарпаии консенсуси 5'-GGGCGG-3' мебошанд. Омилҳои мушаххаси транскрипсия метавонанд ба ин унсурҳои промоутер-проксималӣ пайваст шаванд, то транскрипсияи генҳоро танзим кунанд. Генҳои додашуда метавонанд омезиши худро аз ин сайтҳои мушаххаси ҳатмии транскрипт-омил дошта бошанд. Дар як ҳуҷайра садҳо омилҳои транскрипсия мавҷуданд, ки ҳар яки онҳо махсусан ба як мотиви пайдарпайии ДНК мепайвандад. Вақте ки омилҳои транскрипсия ба промоутер танҳо дар болооби гени рамзшуда мепайвандад, он ҳамчун унсури амалкунандаи cis номида мешавад, зеро он дар ҳамон хромосома дар паҳлӯи ген ҷойгир аст. Омилҳои транскриптӣ ба ангезаҳои муҳити зист посух медиҳанд, ки сафедаҳоро барои пайдо кардани макони ҳатмии худ ва оғоз кардани транскрипсияи гени зарурӣ оғоз мекунанд.

Такмилдиҳандаҳо ва транскрипсия

Дар баъзе генҳои эукариотӣ минтақаҳои иловагӣ мавҷуданд, ки транскрипсияро афзоиш ё такмил медиҳанд. Ин минтақаҳо, ки тақвиятдиҳандаҳо номида мешаванд, ҳатман ба генҳое, ки онҳо такмил медиҳанд, наздик нестанд. Онҳо метавонанд дар болооби ген, дар минтақаи рамзгузории ген, дар поёни ген ҷойгир шаванд ё метавонанд ҳазорҳо нуклеотидҳо дур бошанд.

Минтақаҳои такмилдиҳанда пайдарпаии ҳатмӣ ё сайтҳо барои омилҳои мушаххаси транскрипсия мебошанд. Вақте ки омили транскрипсияи сафеда ба пайдарпаии тақвиятдиҳандаи он пайваст мешавад, шакли сафеда тағир меёбад ва ба он имкон медиҳад, ки бо сафедаҳо дар макони промотор ҳамкорӣ кунад. Бо вуҷуди ин, азбаски минтақаи тақвиятдиҳанда метавонад аз промоутер дур бошад, ДНК бояд хам шавад, то ки сафедаҳо дар ду макон тамос гиранд. Протеинҳои каҷкунандаи ДНК барои хам кардани ДНК ва ба ҳам овардани минтақаҳои тақвиятдиҳанда ва промоутер кӯмак мекунанд ((Расм)). Ин тағирёбии шакл имкон медиҳад, ки протеинҳои мушаххаси фаъолкунанда, ки ба тақвиятдиҳандагон пайвастанд, бо омилҳои умумии транскрипсия, ки ба минтақаи промотор ва полимеразаи РНК пайвастанд, имкон медиҳад.


Хомӯш кардани генҳо: Репрессорҳои транскриптӣ

Мисли ҳуҷайраҳои прокариотӣ, ҳуҷайраҳои эукариотӣ низ механизмҳои пешгирии транскрипсия доранд. Репрессорҳои транскриптӣ метавонанд ба минтақаҳои промоутер ё тақвияткунанда пайваст шаванд ва транскрипсияро манъ кунанд. Мисли фаъолкунандагони транскриптӣ, репрессорҳо ба ангезаҳои беруна ҷавоб медиҳанд, то аз пайвастшавии омилҳои транскрипсияи фаъолкунанда пешгирӣ кунанд.

Хулосаи бахш

Барои оғози транскрипсия, омилҳои умумии транскрипсия, ба монанди TFIID, TFIIB ва дигарон, бояд аввал ба қуттии TATA пайваст шаванд ва полимеразаи РНК-ро ба он макон ҷалб кунанд. Омилҳои иловагии транскрипсия инчунин метавонанд ба дигар унсурҳои танзимкунандаи промоутер пайваст шаванд, то транскрипсияро афзоиш ё пешгирӣ кунанд. Илова ба пайдарпаии промоутерҳо, минтақаҳои такмилдиҳанда ба афзоиш додани транскрипт кӯмак мекунанд. Такмилдиҳандаҳо метавонанд дар боло, поён, дар дохили худи ген ё дар дигар хромосомаҳо бошанд. Омилҳои мушаххаси транскрипсияи ба минтақаҳои тақвияткунанда алоқаманд метавонанд транскрипсияро зиёд кунанд ё пешгирӣ кунанд.

Ҷавоби озод

Мутация дар дохили минтақаи промоутер метавонад транскрипсияи генро тағир диҳад. Тавзеҳ диҳед, ки ин чӣ гуна метавонад рӯй диҳад.

Мутация дар минтақаи промоутер метавонад макони ҳатмии омили транскрипсияро тағир диҳад, ки одатан барои зиёд кардани транскрипсия пайваст мешавад. Мутация метавонад ё қобилияти пайвастшавии омили транскрипсияро коҳиш диҳад ва ба ин васила транскрипсияро коҳиш диҳад ё қобилияти пайваст кардани омили транскрипсияро зиёд карда, транскрипсияро зиёд кунад.

Агар дар ҳуҷайра омили транскрипсияи фаъолкунанда аз ҳад зиёд мавҷуд бошад, чӣ мешавад?

Агар миқдори зиёди омили фаъолкунандаи транскрипт мавҷуд бошад, пас транскрипсия дар ҳуҷайра зиёд мешуд. Ин метавонад ба тағйироти назаррас дар фаъолияти ҳуҷайра оварда расонад.

Олим як макони потенсиалии танзими транскрипсияро 300 бит дар поёни ген муайян мекунад ва фарзия мекунад, ки он репрессор аст. Кадом таҷриба (бо натиҷаҳо) ӯ метавонад барои тасдиқи ин гипотеза анҷом диҳад?

Роҳи осонтарини санҷиши фарзияи ӯ ин мутатсия кардани сайт дар ҳуҷайра ва мониторинги сатҳи транскрипти mRNA аз ген мебошад. Агар сатҳи транскрипт дар ҳуҷайраи мутатсияшуда зиёд шавад, пас сайт транскрипсияро пахш мекунад.

Луғат


Реферат

Рушди ҳуҷайра, морфология ва функсия аз рӯи намунаҳои дақиқи ифодаи генҳо идора карда мешаванд. Инҳо тавассути амали ҳамоҳангшудаи унсурҳои танзимкунандаи геномӣ, ки бо номи тақвиятдиҳандаҳо ё cis- модулҳои танзимкунанда. Зиёда аз 30 сол пас аз кашфи аввалини такмилдиҳандаҳо, бисёре аз хосиятҳои онҳо равшан карда шуданд, аммо сарфи назар аз кӯшишҳои зиёд, мо танҳо тасвири нопурраи такмилдиҳандаҳоро дар геномҳои ҳайвонот дорем. Дар ин барраси, мо муҳокима мекунем, ки чӣ гуна хосиятҳои пайдарпаии тақвиятдиҳанда ва хроматин барои пешгӯии тақвиятдиҳандагон дар таҳқиқоти умуми геном истифода мешаванд. Мо инчунин усулҳои ба наздикӣ таҳияшуда, ки барои санҷиш ва муайян кардани такмилдиҳандаҳо дар асоси фаъолияти онҳо имкон медиҳанд, фаро гирифта шудаанд. Ниҳоят, мо пешрафтҳои технологӣ ва мушкилоти кунуниро дар соҳаи геномикаи танзимкунанда муҳокима мекунем.


Генҳо барои осон кардани назорати ифодаи генҳо ташкил карда шудаанд. Минтақаи промоутер фавран дар болои пайдарпаии рамзгузорӣ ҷойгир аст. Ин минтақа метавонад кӯтоҳ (дарозии танҳо якчанд нуклеотидҳо) ё хеле дароз (садҳо нуклеотидҳо) бошад. Чӣ қадаре ки промоутер дарозтар бошад, барои пайваст кардани сафедаҳо фазои дастрас бештар аст. Ин инчунин назорати бештарро ба раванди транскрипсия илова мекунад. Дарозии промоутер ба ген хос аст ва метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Дар натиҷа, сатҳи назорати ифодаи генҳо низ метавонад дар байни генҳо ба таври назаррас фарқ кунад. Мақсади промоутер пайваст кардани омилҳои транскрипсия мебошад, ки оғози транскрипсияро назорат мекунанд.

Дар дохили минтақаи промоутер, танҳо дар болооби сайти оғози транскриптӣ, қуттии TATA ҷойгир аст. Ин қуттӣ танҳо такрори динуклеотидҳои тимин ва аденин аст (айнан TATA такрор мекунад). РНК полимераза ба комплекси ибтидоии транскрипсия пайваст шуда, имкон медиҳад транскрипсия ба амал ояд. Барои оғози транскрипсия, омили транскрипсия (TFIID) аввалин шуда ба қуттии TATA пайваст мешавад. Пайвасткунии TFIID дигар омилҳои транскрипсияро, аз ҷумла TFIIB, TFIIE, TFIIF ва TFIIH-ро ба қуттии TATA ҷалб мекунад. Пас аз ҷамъ шудани ин комплекс, полимеразаи РНК метавонад ба пайдарпаии болооби он пайваст шавад. Ҳангоми пайвастшавӣ бо омилҳои транскрипсия, РНК полимераза фосфоризатсия мешавад. Ин як қисми протеинро аз ДНК ҷудо мекунад, то комплекси ибтидоии транскрипсияро фаъол созад ва полимеразаи РНК-ро ба самти дуруст барои оғоз кардани транскрипсия ҷойгир мекунад, протеини-печшавандаи ДНК тақвиятдиҳандаеро меорад, ки метавонад аз ген хеле дур бошад, дар тамос бо омилҳои транскрипсия ва сафедаҳои миёнаравӣ (расм).

Як тақвиятдиҳанда як пайдарпаии ДНК мебошад, ки ба транскрипсия мусоидат мекунад. Ҳар як такмилдиҳанда аз пайдарпаии кӯтоҳи ДНК иборат аст, ки унсурҳои назорати дисталӣ номида мешаванд. Фаъолкунандаҳое, ки ба унсурҳои назорати дурдаст пайвастанд, бо сафедаҳои миёнарав ва омилҳои транскриптӣ ҳамкорӣ мекунанд. Ду генҳои гуногун метавонанд як промоутер дошта бошанд, аммо унсурҳои гуногуни назорати дисталӣ дошта бошанд, ки ба ифодаи генҳои дифференсиалӣ имкон медиҳанд.

In addition to the general transcription factors, other transcription factors can bind to the promoter to regulate gene transcription. These transcription factors bind to the promoters of a specific set of genes. They are not general transcription factors that bind to every promoter complex, but are recruited to a specific sequence on the promoter of a specific gene. There are hundreds of transcription factors in a cell that each bind specifically to a particular DNA sequence motif. When transcription factors bind to the promoter just upstream of the encoded gene, it is referred to as a cis-acting element , because it is on the same chromosome just next to the gene. The region that a particular transcription factor binds to is called the transcription factor binding site . Transcription factors respond to environmental stimuli that cause the proteins to find their binding sites and initiate transcription of the gene that is needed.


Enhancers, repressors, and promoters.

In this month's episode, we're going to revisit a topic that most--possibly even all--readers were exposed to in some far distant undergraduate course, but possibly not in much depth or with its significance to human genetic diseases made very clear outside of a few special cases. Here's a quick test: consider the question, "Are mutations in or directly adjacent to coding regions of genes the only ones likely to lead to disease states?" If your immediate reaction is to answer this with a "Yes," this article is for you. (If you answered "No," you might want to read on anyway and see if your logic is right!)

Let's go back to some very basic molecular biology. The genome contains genes, which are regions of DNA which get transcribed to RNA in some cases this RNA is itself directly functional (things like tRNAs or the 18S component of the ribosome, for instance) but in most cases, the RNA is an mRNA, carrying a protein coding sequence which is translated by the ribosomal machinery into a covalently attached series of amino acids--a protein--which by nature of the varied side chain chemistries and their electrostatic, hydrogen bond, and hydrophobic interactions folds up to a thermodynamic energy minima state to create a functional enzyme or structural protein. Mutations--changes to the underlying DNA sequence--within any of this coding region are statistically likely to cause unwanted changes of function in the final protein product, although "likely" there is a reminder that such mutations can be silent (meaning not causing a protein sequence change), or not harmful (causing a change which doesn't have significant impact), or even possibly advantageous, yielding a biologically more fit product.

What that compressed summary of about two years' worth of undergrad biology courses omits, is that these genes in ones DNA don't just magically transcribe to RNA on their own. Bearing in mind that only a small fraction of the human genome carries actual genes as defined above, there exist other DNA sequence elements whose sole role is to mark where genes are, and to control their level of expression (transcription to RNA). There are three particularly significant types of these control elements, called promoters, enhancers, and repressors and as we'll see below, mutations in any of these can have effects as serious (or worse) than mutations in coding sequences.

Promoters: the proximal gatekeeper for a gene

Promoters are relatively short sequences (roughly 100 to 1,000 base pairs in length) always found directly upstream (5', with respect to the DNA coding strand) of the gene they control ("drive," in usual parlance). These sequences contain elements which recruit in RNA polymerases responsible for transcribing the gene. Very simplistically, if a particular defined promoter sequence in a particular cell type and setting is maximally efficient at recruiting RNA polymerase--let's call that 100 percent activity--then variations in the sequence can occur which reduce this activity (less RNA is made per unit time). Some changes are more disruptive than others, and in combinations it's not hard to envision how variations from a "best" promoter sequence can lead to potential for a smooth range of basal expression rates, from sub 1 percent to full 100 percent expression. That's a great thing from a cell's standpoint, because it allows different genes to have their expression levels tailored to the steady state amount of gene product needed.

Adding (literally) a layer of complexity here is that promoters don't directly bind RNA polymerase. Instead, they contain shorter sub-sequences, which are recognized as binding sites for a class of proteins known as transcription factors (TFs) there are a great many of these, each with their own preferred DNA sequence binding site (usually short, 10-20 base pairs) and their own level of ability to recruit in RNA polymerase. Many also have, either directly or indirectly, allosteric (secondary) binding sites where ligands such as metabolites or hormones can bind and influence the transcription factor's level of activity. In fact, it's the complex interaction of all these different transcription factors and their modulating ligands which is at the core of how different cell types are defined, and a hepatocyte behaves differently than an epithelial cell despite both having the same DNA--they're "receiving different signals"--which control their relative expression levels of various genes.

It is easy to grasp then how a mutation within a promoter, changing a TF binding site, can lead to problems not through a change in the function of the mature gene product, but through variation in expression level of the product. Undesirable either up or down regulation of a gene can have serious consequences and if it's unfortunate enough to happen in a gene which in turn controls the expression or activity of other genes, a whole set of genes can have their levels altered by a single nucleotide change. In almost all cases, that's not for the best and such a change results in a disease state.

The reader will recall that we started this section by stating that a promoter is always directly upstream of a gene. The spacing between the promoter and the transcriptional start site (where first RNA nucleotide will be laid down in a nascent transcript) is also important, so insertion or deletion mutations--even ones which don't directly change any specific TF binding sites--can impact the gene expression level. An example of this immediately familiar to all readers would be Huntington's Disease. Here, an unstable genetic element lies between the promoter and the transcriptional start site. Normally the spacing is acceptable and sufficient levels of the Huntington gene mRNA are transcribed however during cell replication the unstable element can have additional DNA inserted, moving the promoter away from the start of the gene. As this happens, the promoter is less efficient at driving transcription and transcript levels fall. If the insertion is small and drop in expression is low, overt disease does not occur but it's considered a "carrier" state, where further expansion will drop gene expression below levels required for normal function, and disease pathology results. (Carrier in this sense is not strictly identical to the meaning in Mendelian genetics, thus the quotation marks.)

The bottom line is that for every gene, not only is the coding section sequence important for proper function, but there's always an adjacent promoter region which is susceptible to mutations which can have serious clinical repercussions. A gene might have a perfect wild type coding sequence and yet not function as needed.

The good news about promoters is that we know where to find them. In fact, by sequencing and examining large numbers of them in various contexts, and identifying the various TPs that bind their binding sites and their ligands, we understand, can find, and in the right context, even manipulate promoters at will to do things such as create tissue specific gene expression.

Enhancers and repressors however are more challenging. These are DNA sequence elements which can also modulate gene expression levels (upwards for enhancers, and downwards for repressors, as one might guess). Like promoters, they are short (50-1,000) base pair elements, and within this element will carry binding sites (often, as repeated copies) for proteins which can influence transcription rates at nearby genes. Nearby is an intentionally vague term though, as it can range up to 1 million base pairs away from the gene it influences, and they can be either upstream or downstream--that is, 5' or 3'--to the gene. They are at least restricted to action in cis or in other words, on the same contiguous chromosome as the gene, but identifying them in relationship to a particular gene can be challenging. Considering the case of a hypothetical enhancer sequence, finding unexpectedly low expression levels of an otherwise intact gene with apparently normal promoter sequence would be first clue that enhancer sequences might be involved. If a number of such cases could be found and genomic region flanking the impacted gene can be sequenced, identification of any areas of genetic change from wild type in common among these cases would be a place to look for enhancer elements. Damage (sequence alteration or deletion) of these would be expected to reduce gene expression. The mirror image of this in a sense is a repressor, which shares the same characteristics but which in its normal state reduces expression of the gene. Mutations at a repressor site then cause an undesirable upregulation in gene expression.

How do enhancers and repressors work across such large distances--and perhaps more interestingly, how is it that they're specific? That is, an enhancer or repressor will usually act on a particular distal gene, yet other genes near the one influenced may not be influenced. The answer to this is perhaps somewhat disappointing, as there's nothing amazing the answer is, because the enhancer or repressor is not, spatially, far away from the gene it regulates. In other words, enhancers and repressors are able to work on sequentially distal targets due to chromatin organization. By wrapping and compacting chromosomes to fit inside a cell nucleus, distant sequence elements can be placed physically adjacent to one another such that a protein binding one sequence element is directly touching and influencing another. The astute reader will note however that in order for this to work reliably, the gene packing and organization must occur reproducibly such that the two chromosome sections can be relied upon to be in proximity. An even more astute reader might further guess that if chromosome organization and packing changes in a reliable fashion during steps of the cell cycle, one might envision enhancers or repressors which can only exert influence at specific times.

The take home message from all of the above is that no, it's not just the coding sequence of any given gene which can mutate and influence biological function of the gene. This has possible implications for the relative information carried by whole genome sequencing vs whole exome sequencing projects--but that's a topic for another month,

John Brunstein, PhD, is a member of the MLO Editorial Advisory Board. He serves as President and Chief Science Officer for British Columbia-based PathoID, Inc., which provides consulting for development and validation of molecular assays.


Ҷавоби озод

A mutation within the promoter region can alter transcription of a gene. Describe how this can happen.

Мутация дар минтақаи промоутер метавонад макони ҳатмии омили транскрипсияро тағир диҳад, ки одатан барои зиёд кардани транскрипсия пайваст мешавад. Мутация метавонад ё қобилияти пайвастшавии омили транскрипсияро коҳиш диҳад ва ба ин васила транскрипсияро коҳиш диҳад ё қобилияти пайваст кардани омили транскрипсияро зиёд карда, транскрипсияро зиёд кунад.

What could happen if a cell had too much of an activating transcription factor present?

Агар миқдори зиёди омили фаъолкунандаи транскрипт мавҷуд бошад, пас транскрипсия дар ҳуҷайра зиёд мешуд. Ин метавонад ба тағйироти назаррас дар фаъолияти ҳуҷайра оварда расонад.