16.3: تنظيم الجينات اللاجينية حقيقية النواة
- Page ID
- 196590
المهارات اللازمة للتطوير
- شرح عملية التنظيم اللاجيني
- وصف كيفية التحكم في الوصول إلى الحمض النووي عن طريق تعديل هيستون
يعد التعبير الجيني حقيقي النواة أكثر تعقيدًا من التعبير الجيني الأولي لأن عمليات النسخ والترجمة منفصلة ماديًا. على عكس الخلايا بدائية النواة، يمكن للخلايا حقيقية النواة تنظيم التعبير الجيني على العديد من المستويات المختلفة. يبدأ التعبير الجيني حقيقي النواة بالتحكم في الوصول إلى الحمض النووي. يحدث هذا الشكل من التنظيم، المسمى التنظيم اللاجيني، حتى قبل بدء النسخ.
التحكم اللاجيني: تنظيم الوصول إلى الجينات داخل الكروموسوم
يشفر الجينوم البشري أكثر من 20,000 جين؛ كل زوج من أزواج الكروموسومات البشرية الـ 23 يشفر آلاف الجينات. يتم لف الحمض النووي الموجود في النواة بدقة وطيه وضغطه في الكروموسومات بحيث يتناسب مع النواة. يتم تنظيمه أيضًا بحيث يمكن الوصول إلى شرائح محددة حسب الحاجة من خلال نوع خلية معين.
المستوى الأول من التنظيم، أو التعبئة، هو لف خيوط الحمض النووي حول بروتينات الهستون. يقوم هيستونز بتجميع وترتيب الحمض النووي في وحدات هيكلية تسمى مجمعات النيوكليوزوم، والتي يمكنها التحكم في وصول البروتينات إلى مناطق الحمض النووي (الشكل\(\PageIndex{1}\) أ). تحت المجهر الإلكتروني، يبدو لف الحمض النووي هذا حول بروتينات الهستون لتشكيل النيوكليوزومات وكأنه حبات صغيرة على خيط (الشكل\(\PageIndex{1}\) ب). يمكن لهذه الحبيبات (بروتينات الهيستون) التحرك على طول السلسلة (DNA) وتغيير بنية الجزيء.
إذا كان من المقرر نسخ الحمض النووي الذي يقوم بترميز جين معين إلى الحمض النووي الريبي، فإن النيوكليوسومات المحيطة بتلك المنطقة من الحمض النووي يمكن أن تنزلق إلى أسفل الحمض النووي لفتح تلك المنطقة الكروموسومية المحددة والسماح لآلية النسخ (بوليميراز الحمض النووي الريبي) ببدء النسخ (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يمكن أن تتحرك النيوكليوسومات لفتح بنية الكروموسوم للكشف عن جزء من الحمض النووي، ولكنها تفعل ذلك بطريقة مضبوطة للغاية.
آرت كونيكشن
في الإناث، يتم تعطيل أحد الكروموسومات X أثناء التطور الجنيني بسبب التغيرات اللاجينية في الكروماتين. ما هو التأثير الذي تعتقد أن هذه التغييرات ستحدثه على تعبئة النيوكليوزوم؟
تعتمد كيفية تحرك بروتينات الهستون على الإشارات الموجودة في كل من بروتينات الهستون والحمض النووي. هذه الإشارات هي علامات مضافة إلى بروتينات الهستون والحمض النووي التي تخبر الهستونات بما إذا كانت منطقة الكروموسومات يجب أن تكون مفتوحة أو مغلقة (الشكل\(\PageIndex{3}\)) يصور التعديلات على بروتينات الهستون والحمض النووي). هذه العلامات ليست دائمة، ولكن يمكن إضافتها أو إزالتها حسب الحاجة. إنها تعديلات كيميائية (مجموعات الفوسفات أو الميثيل أو الأسيتيل) مرتبطة بأحماض أمينية معينة في البروتين أو بنيوكليوتيدات الحمض النووي. لا تغير العلامات تسلسل قاعدة الحمض النووي، لكنها تغير مدى إحكام الحمض النووي حول بروتينات الهستون. الحمض النووي هو جزيء سالب الشحنة؛ لذلك، فإن التغييرات في شحنة الهستون ستغير مدى إحكام جرح جزيء الحمض النووي. عند عدم التعديل، تكون لبروتينات الهستون شحنة موجبة كبيرة؛ بإضافة تعديلات كيميائية مثل مجموعات الأسيتيل، تصبح الشحنة أقل إيجابية.
يمكن أيضًا تعديل جزيء الحمض النووي نفسه. يحدث هذا في مناطق محددة جدًا تسمى جزر CpG. وهي عبارة عن امتدادات ذات تردد عالٍ من أزواج الحمض النووي السيتوزين والجانين ثنائي النوكليوتيد (CG) الموجودة في المناطق المروجة للجينات. عند وجود هذا التكوين، يمكن ميثيل عضو السيتوزين في الزوج (تتم إضافة مجموعة ميثيل). يغير هذا التعديل كيفية تفاعل الحمض النووي مع البروتينات، بما في ذلك بروتينات الهستون التي تتحكم في الوصول إلى المنطقة. تكون مناطق الحمض النووي عالية الميثيلية (شديدة الميثيلية) ذات الهستونات منزوعة الأسيتيل ملفوفة بإحكام وغير نشطة نسخياً.
هذا النوع من التنظيم الجيني يسمى التنظيم اللاجيني. علم الوراثة اللاجيني يعني «حول علم الوراثة». التغييرات التي تحدث لبروتينات الهستون والحمض النووي لا تغير تسلسل النيوكليوتيد وليست دائمة. بدلاً من ذلك، تكون هذه التغييرات مؤقتة (على الرغم من أنها غالبًا ما تستمر خلال جولات متعددة من انقسام الخلايا) وتغير بنية الكروموسومات (مفتوحة أو مغلقة) حسب الحاجة. يمكن تشغيل الجين أو إيقاف تشغيله اعتمادًا على الموقع والتعديلات على بروتينات الهستون والحمض النووي. إذا كان سيتم نسخ الجين، يتم تعديل بروتينات الهستون والحمض النووي المحيطة بالمنطقة الكروموسومية التي تقوم بترميز هذا الجين. يؤدي ذلك إلى فتح منطقة الكروموسومات للسماح بالوصول إلى بوليميراز الحمض النووي الريبي والبروتينات الأخرى، التي تسمى عوامل النسخ، للربط بالمنطقة المعززة، الواقعة في الجزء العلوي من الجين مباشرة، وبدء النسخ. إذا كان الجين سيظل مغلقًا أو صامتًا، فإن بروتينات الهستون والحمض النووي لها تعديلات مختلفة تشير إلى تكوين كروموسومي مغلق. في هذا التكوين المغلق، لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي الريبي وعوامل النسخ الوصول إلى الحمض النووي ولا يمكن أن يحدث النسخ (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
رابط إلى التعلم
شاهد هذا الفيديو الذي يصف كيف يتحكم التنظيم اللاجيني في التعبير الجيني.
ملخص
في الخلايا حقيقية النواة، تحدث المرحلة الأولى من التحكم في التعبير الجيني على المستوى اللاجيني. تتحكم الآليات اللاجينية في الوصول إلى منطقة الكروموسومات للسماح بتشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. تتحكم هذه الآليات في كيفية تعبئة الحمض النووي في النواة من خلال تنظيم مدى إحكام لف الحمض النووي حول بروتينات الهستون. إضافة أو إزالة التعديلات الكيميائية (أو العلامات) لبروتينات الهستون أو إشارات الحمض النووي إلى الخلية لفتح أو إغلاق منطقة الكروموسومات. لذلك، يمكن للخلايا حقيقية النواة التحكم فيما إذا كان يتم التعبير عن الجين من خلال التحكم في إمكانية الوصول إلى عوامل النسخ وربط بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ.
اتصالات فنية
الشكل\(\PageIndex{2}\): في الإناث، يتم تعطيل أحد الكروموسومات X أثناء التطور الجنيني بسبب التغيرات اللاجينية في الكروماتين. ما هو التأثير الذي تعتقد أن هذه التغييرات ستحدثه على تعبئة النيوكليوزوم؟
- إجابة
-
سوف تتجمع النيوكليوسومات معًا بشكل أكثر إحكامًا.
مسرد المصطلحات
- عامل النسخ
- البروتين الذي يرتبط بالحمض النووي في منطقة المروج أو المحسن والذي يؤثر على نسخ الجين