عامل النسخ: آلية العمل ، الأنواع ، الوظائف - مادة الاحياء - 2026

A عامل النسخ هو تنظيمي "ملحق" البروتين ضروري لالنسخ الجيني. النسخ هو الخطوة الأولى للتعبير الجيني وينطوي على نقل المعلومات الموجودة في الحمض النووي إلى جزيء الحمض النووي الريبي ، والذي تتم معالجته لاحقًا لإنتاج منتجات جينية.

RNA polymerase II هو الإنزيم المسؤول عن نسخ معظم الجينات حقيقية النواة وينتج ، بالإضافة إلى بعض RNAs الصغيرة ، RNAs messenger الذي سيتم ترجمته لاحقًا إلى بروتينات. يتطلب هذا الإنزيم وجود نوع من عوامل النسخ المعروفة باسم عوامل النسخ العامة أو القاعدية.

نوع عامل النسخ «إغلاق Leucine» (المصدر: I ، Splette عبر ويكيميديا ​​كومنز)

ومع ذلك ، فهذه ليست عوامل النسخ الوحيدة الموجودة في الطبيعة ، نظرًا لوجود بروتينات "غير عامة" ، في كل من حقيقيات النوى وبدائيات النوى والعتيقات ، والتي تشارك في تنظيم نسخ الجينات الخاصة بالنسيج (في الكائنات متعددة الخلايا) أو في تنظيم نشاط الجينات استجابةً للمنبهات المختلفة.

تعتبر عوامل النسخ هذه مؤثرات مهمة للغاية ، ويمكن العثور عليها في جميع الكائنات الحية تقريبًا ، لأنها تمثل المصدر الرئيسي لتنظيم التعبير الجيني.

تشير الدراسات التفصيلية لعوامل النسخ المختلفة في أنواع مختلفة من الكائنات الحية إلى أن لديهم بنية معيارية ، تكون فيها منطقة معينة مسؤولة عن التفاعل مع الحمض النووي ، بينما ينتج الآخرون التأثيرات التحفيزية أو المثبطة.

تشارك عوامل النسخ ، إذن ، في نمذجة أنماط التعبير الجيني التي لا علاقة لها بالتغيرات في تسلسل الحمض النووي ، ولكن بالتغيرات اللاجينية. يُعرف العلم المسؤول عن دراسة هذه التغييرات بعلم التخلق.

آلية العمل

من أجل أداء وظائفهم ، يجب أن تكون عوامل النسخ قادرة على التعرف على تسلسل DNA معين والربط به للتأثير إيجابًا أو سلبًا على نسخ تلك المنطقة من الحمض النووي.

يتم تجميع عوامل النسخ العامة ، والتي هي أساسًا لنسخ جميع جينات النوع الثاني في حقيقيات النوى ، أولاً على منطقة محفز الجين ، وبالتالي توجيه موضع إنزيم البوليميراز و "فتح" مزدوج المروحة.

تتم العملية في عدة خطوات متتالية:

- ربط عامل النسخ العام TFIID بسلسلة من تكرارات الثايمين (T) والأدينين (A) في الجين المعروف باسم "صندوق TATA" ؛ يؤدي هذا إلى تشويه الحمض النووي الضروري لربط البروتينات الأخرى بمنطقة المروج.

- التجميع اللاحق لعوامل عامة أخرى (TFIIB ، TFIIH ، TFIH ، TFIIE ، TFIIF ، إلخ) و RNA polymerase II ، مكونًا ما يسمى معقد بدء النسخ.

- إطلاق معقد البدء ، فسفرة البوليميراز بواسطة عامل TFIIH وبداية نسخ وتوليف جزيء RNA من تسلسل الجين المنسوخ.

تفعيل وقمع النسخ

كما تمت مناقشته ، يمكن لعوامل النسخ "غير العامة" تنظيم التعبير الجيني ، سواء بشكل إيجابي أو سلبي.

التنشيط

تحتوي بعض هذه البروتينات ، بالإضافة إلى مجالات ربط الحمض النووي الهيكلية ، على أشكال أخرى تُعرف باسم مجالات التنشيط ، وهي غنية بمخلفات الأحماض الأمينية الحمضية ، وبقايا الجلوتامين أو البرولين.

تتفاعل مجالات التنشيط هذه مع عناصر مجمع عوامل النسخ العامة أو مع جزيئات المُنشِّط ذات الصلة التي تتفاعل مباشرة مع المركب. ينتج عن هذا التفاعل إما تحفيز تجميع مجمع النسخ أو زيادة نشاطه.

قمع

تمنع معظم عوامل النسخ النسخ من خلال التدخل في نشاط عوامل النسخ ذات التأثير الإيجابي ، مما يحول دون تأثيرها التحفيزي. يمكنهم العمل عن طريق منع ارتباط العامل الإيجابي بالحمض النووي أو من خلال العمل على العوامل التي تعطل بنية الكروماتين.

تعمل العوامل المثبطة الأخرى عن طريق الحجب المباشر للنسخ ، دون إعاقة عمل أي عامل نسخ منشط ؛ وتقلل من المستوى الأساسي للنسخ إلى مستوى أقل حتى من ذلك الذي تم تحقيقه في غياب عوامل التنشيط.

مثل بروتينات المنشط ، تعمل العوامل المثبطة بشكل مباشر أو غير مباشر مع عوامل النسخ القاعدية أو العامة.

أنواع

على الرغم من تصنيف معظم عوامل النسخ وفقًا لخصائص أو هوية نطاقات ربط الحمض النووي الخاصة بها ، إلا أن هناك بعضًا ، مصنفة أيضًا على أنها عوامل نسخ ، لا تتفاعل مباشرة مع الحمض النووي وتُعرف باسم عوامل النسخ. "غير مباشر".

عوامل النسخ المباشر

هم أكثر عوامل النسخ شيوعًا. لديهم مجالات ربط الحمض النووي ويمكن أن تنشط أو تمنع التعبير الجيني عن طريق الارتباط بمناطق معينة من الحمض النووي. إنها تختلف عن بعضها البعض خاصة فيما يتعلق بنطاقات ربط الحمض النووي الخاصة بها وحالة قلة القلة.

أكثر العائلات المدروسة والمعترف بها لهذا النوع من العوامل هي:

Helix-Turn-Helix (" helix-turn-helix "، HTH)

كانت هذه هي أول عائلة من العوامل ذات مجالات ربط الحمض النووي التي يتم اكتشافها ، وهي موجودة في العديد من البروتينات حقيقية النواة وبدائية النواة. يتكون شكل التعرف عليه من حلزون α ودوران ولولب ألفا ثانٍ.

لديهم نطاقات جلايسين محفوظة في منطقة المنعطف وأيضًا بعض المخلفات الكارهة للماء التي تساعد على استقرار ترتيب الحلزونات في وحدة HTH.

Homeodomain

إنه موجود في عدد كبير من البروتينات التنظيمية حقيقية النواة. تم التعرف على التسلسلات الأولى في البروتينات التنظيمية التنموية ذبابة الفاكهة. يحتوي هذا المجال على نموذج HTH لربط الحمض النووي وحلزون α إضافي ، بالإضافة إلى ذراع N- طرفي ممتد.

أصابع الزنك

تم اكتشافها في عامل نسخ Xenopus TFIIIA وثبت أنها تشارك في العديد من جوانب تنظيم الجينات حقيقية النواة. توجد في البروتينات الناتجة عن إشارات التمايز والنمو ، في الجينات الورمية الأولية ، وفي بعض عوامل النسخ العامة.

وهي تتميز بوجود تكرارات دفعة لـ 30 من أشكال أصابع الزنك المتبقية التي تحتوي على مختلف بقايا السيستين والهيستدين.

مستقبلات الستيرويد

تشتمل هذه العائلة على بروتينات تنظيمية مهمة ، بالإضافة إلى وجود مجال لربط الهرمونات ، تمتلك مجال ارتباط بالحمض النووي وتعمل عمومًا كمنشطات نسخية.

تحتوي مجالات الربط على 70 وحدة بنائية ، من بينها 8 مخلفات سيستين محفوظة. يعتبر بعض المؤلفين أن هذه العوامل يمكن أن تشكل زوجًا من أصابع الزنك ، نظرًا لوجود مجموعتين من أربعة سيستين.

إغلاق Leucine و helix-loop-helix (" الحلزون الحلزوني الحلزوني")

تشارك عوامل النسخ هذه في التمايز والتطوير وتعمل عن طريق تكوين مغاير مغاير. يُلاحظ مجال إغلاق الليوسين في العديد من البروتينات حقيقية النواة ويتميز بنطاقين فرعيين: إغلاق الليوسين الذي يتوسط التباعد والمنطقة الأساسية لربط الحمض النووي.

Β زخارف ورقة

توجد بشكل أساسي في عوامل حقيقية النواة وتتميز بالارتباط بالحمض النووي عن طريق صفائح ant المضادة للتوازي.

عوامل النسخ غير المباشر

يمارس هذا النوع من عامل النسخ آثاره التنظيمية على التعبير الجيني ليس من خلال التفاعل المباشر مع الحمض النووي ، ولكن من خلال تفاعلات البروتين البروتين مع عوامل النسخ الأخرى التي تتفاعل مع الحمض النووي. لهذا السبب يطلق عليهم اسم "غير مباشر".

أول ما تم وصفه هو المنشط العابر لفيروس الهربس البسيط (HSV) المعروف باسم VP16 ، والذي يرتبط بعامل Oct-1 عندما تصاب الخلايا بهذا الفيروس ، مما يحفز نسخ جين معين.

يمكن لعوامل من هذا النوع ، مثل تلك التي ترتبط بالفعل بالحمض النووي ، تنشيط أو كبح نسخ الجينات ، وهذا هو السبب في تسميتها بـ "المُنشّطات" و "المُنشّطات" على التوالي.

اللائحة

يمكن تنظيم هذه البروتينات على مستويين: في تركيبها وفي نشاطها ، والذي يعتمد على متغيرات مختلفة وحالات متعددة.

تنظيم التوليف

قد يكون تنظيم تركيبها مرتبطًا بالتعبير الخاص بالنسيج لبعض عوامل النسخ. مثال على ذلك قد يكون عامل MyoD ، المركب فقط في خلايا العضلات والهيكل العظمي وهو ضروري للتمييز بين سلائف الخلايا الليفية غير المتمايزة.

على الرغم من أن تنظيم التوليف يستخدم بشكل أساسي للتحكم في التعبير الجيني في أنواع وأنسجة خلايا معينة ، إلا أن هذه ليست الطريقة الوحيدة ، حيث يتم أيضًا تنظيم توليف العوامل المشاركة في تحريض الجينات التي تشارك في الاستجابة. إلى المحفزات المختلفة.

تنظيم النشاط

آلية تنظيمية أخرى لعوامل النسخ هي تنظيم نشاطها ، والذي يتعلق بتنشيط عوامل النسخ الأخرى الموجودة مسبقًا والتي لها تأثيرات إيجابية أو سلبية على نشاط عامل معين.

يحدث تنشيط هذه العوامل "الثانوية" عادة من خلال آليات مختلفة مثل الارتباط بالرابط ، والتغيرات في تفاعلات البروتين والبروتين ، والفسفرة ، من بين أمور أخرى.

الأدوار والأهمية

تشارك عوامل النسخ في مجموعة متنوعة من العمليات مثل التطور الجنيني والنمو والتمايز والتحكم في دورة الخلية والتكيف مع الظروف البيئية المتقلبة والحفاظ على أنماط تخليق البروتين الخاصة بالخلية والأنسجة ، إلخ.

في النباتات ، على سبيل المثال ، لها وظائف مهمة في الدفاع والاستجابة للأحداث لأنواع مختلفة من الإجهاد. تم تحديد تكوّن العظم في الحيوانات ليتم التحكم فيه عن طريق عوامل النسخ ، بالإضافة إلى العديد من عمليات التمايز الأخرى لخطوط الخلايا المختلفة.

نظرًا لأهمية هذه البروتينات في الكائنات الحية ، فليس من غير المألوف الاعتقاد بأن التغييرات في هذه العناصر التنظيمية ستسبب تغيرات مرضية خطيرة.

في حالة البشر ، يمكن أن تكون الأمراض المرتبطة بعوامل النسخ اضطرابات في النمو (بسبب الطفرات التي تسبب تعطيل عوامل النسخ ، على سبيل المثال) ، أو اضطرابات في الاستجابة الهرمونية أو السرطانات.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، دينيس ، ب ، هوبكن ، ك ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… والتر ، ب. (2004). بيولوجيا الخلية الأساسية. أبينجدون: جارلاند ساينس ، مجموعة تايلور وفرانسيس.
2. Iwafuchi-doi، M.، & Zaret، KS (2014). عوامل النسخ الرائدة في إعادة برمجة الخلايا. الجينات والتنمية ، 28 ، 2679-2692.
3. لاتشمان ، د. (1997). عوامل النسخ: نظرة عامة. Int. J. Biochem. زنزانة. بيول ، 29 (12) ، 1305-1312.
4. لاتشمان ، دي إس (2007). عوامل النسخ. موسوعة علوم الحياة ، 1-5.
5. ماري ، PJ (2008). عوامل النسخ التي تتحكم في تكون الأرومة العظمية. محفوظات الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية ، 473 ، 98-105.
6. Pabo، C.، & Sauer، RT (1992). عوامل النسخ: العائلات الهيكلية ومبادئ التعرف على الحمض النووي. Annu. القس ، 61 ، 1053-1095.
7. سينغ ، كي بي ، فولي ، أر سي ، وأونات سانشيز ، إل (2002). عوامل النسخ في دفاع النبات واستجابات الإجهاد. الرأي الحالي في بيولوجيا النبات ، 5 ، 430-436.