تنظيم النسخ

في البكتيريا

وفي هذا السياق، المشغلات التي تتعرف على البروتينات الكاظمة التي ترتبط مع امتداد من الدنا وتثبط نسخ الجين.

ومن جهة أخرى، توجد وسائل تنظيم النسخ هذه لدى حقيقيات النوى كذلك، إلا أن مشهد النسخ أكثر تعقيدًا لوجود مجموعة من البروتينات المشاركة إلى جانب الإنترونات وتغليف الدنا في الهستونات.

من جانب آخر، في غياب العناصر التنظيمية الأخرى، يكون النسخ البكتيري في حالة «تشغيل» الترتيب الافتراضية، ما يؤدي إلى إنتاج كمية قليلة من النسخ. يعني هذا قدرة تنظيم النسخ في شكل كاظمات البروتين وعناصر التحكم الإيجابية على زيادة النسخ أو خفضه. غالبًا ما تتخذ الكاظمات موقع المحفز، مانعةً ربط بوليميراز الرنا. بشكل معاكس، قد ترتبط الكاظمة والبوليميراز مع الدنا إلى جانب التفاعل المادي بين الكاظمة التي تمنع فتح الدنا من أجل الوصول إلى الطاق الناقص للنسخ. تختلف إستراتيجية التحكم هذه عن النسخ في حقيقيات النوى، الذي يجب إيقاف حالته الأساسية فضلًا عن اعتماد عوامله المشتركة الضرورية لبدء النسخ إلى حدّ كبير على الجينات.

وفي السياق ذاته، إلى جانب العمليات المسؤولة عن تنظيم النسخ في مرحلة البدء، يعمل معدل تطويل النسخ على التحكم في تخليق الرنا الرسول. تحدث توقفات بوليميراز الرنا بشكل متكرر وتُنظم بواسطة عوامل النسخ، مثل «إن يو إس إيه» و«إن يو إس جي»، وتقارن النسخ والترجمة وبنية الرنا الرسول الثانوية.

ومن جهة أخرى، عناصر التحكم الإيجابية التي ترتبط مع الدنا وتحرض مستويات أعلى من النسخ.

علاوةً على ذلك، يعتمد نسخ الجين البكتيري الأساسي على قوة المحفز ووجود المنشطات أو الكاظمات. في غياب العناصر التنظيمية الأخرى، تتنوع ألفة المحفز المعتمدة على التسلسل لبوليميراز الحمض النووي الريبوزي، ما يؤدي إلى إنتاج كميات مختلفة من النسخ. ترتبط الألفة المتنوعة لبوليميراز الرنا لتسلسلات المحفز المختلفة مع مناطق التسلسل الجمعي العكسي لموقع بدء النسخ. كلما ازدادت نيكليوتيدات المحفز المتوافقة مع التسلسل الجمعي، كلما أصبحت ألفة المحفز لبوليمراز الرنا قوية.

وفي هذا السياق، تُعد عوامل سيغما بروتينات بكتيرية متخصصة في ربط بوليميراز الرنا وتنسيق بدء النسخ. تعمل عوامل سيغما كوسيط في النسخ الخاص بالتسلسلات، إذ يمكن استخدام عامل سيغما مفرد في نسخ جميع الجينات المتراكمة أو مجموعة الجينات التي تسعى الخلية للتعبير عنها كاستجابة منها للمنبهات الخارجية مثل الضغط النفسي.

وعلى صعيد آخر، جاء الكثير من الفهم الأول للنسخ من البكتيريا، على الرغم من الامتداد والتعقيد الأكبر في تنظيم النسخ لدى حقيقيات النوى. يخضع نسخ البكتيريا إلى ثلاثة عناصر متسلسلة رئيسية:

في هذا الإطار، المحفزات هي عناصر الدنا المحتمل ارتباطها مع بوليميراز الحمض النووي الريبوزي والبروتينات أخرى من أجل البدء الناجح في النسخ المباشر العكسي للجين.

في حقيقيات النوى

من جهة ثانية، يترافق التعقيد الزائد لتوليد الخلايا حقيقية النوى مع زيادة في تعقيد تنظيم النسخ. تمتلك حقيقيات النوى ثلاثة أنواع من بوليميراز الرنا، التي تُعرف باسم «بّي أو إل 1» و«بّي أو إل 2» و«بّي أو إل 3». يمتلك كل بوليميراز بدوره أهدافًا ونشاطات محددة، فضلًا عن تنظيمه من خلال آليات مستقلة. يوجد عدد من الآليات الإضافية المستعملة في التحكم في نشاط البوليميراز. يمكن تصنيف هذه الآليات عمومًا في ثلاثة مجالات رئيسية:

وفي هذا الصدد، التطويل المنتج لنسخ الرنا. بمجرد ارتباط البوليميراز مع المحفز، يتطلب مجموعة أخرى من العوامل التي تسمح له بالخروج من معقد المحفز والبدء في نسخ الرنا بنجاح.

من جهة ثانية، التحكم في قدرة البوليميراز على الوصول إلى الجين. من المرجح أن تكون هذه الآلية الأوسع بين آليات التحكم الثلاث. يشمل هذا وظائف إنزيمات إعادة نمذجة الهستون، وعوامل النسخ، والمثبطات والكاظمات وغيرها من المعقدات الأخرى.

كذلك، في أنظمة بدائيات النوى، يمكن اعتبار حالة النسخ الأساسي غير مقيدة (أي في حالة «تشغيل» عند غياب العوامل المعدلة)، بينما تتميز حقيقيات النوى بحالة أساسية مقيدة متطلبة توظيف عوامل أخرى من أجل توليد نسخ الرنا. يعود هذا الاختلاف بدرجة كبيرة إلى جينوم حقيقيات النوى المتراص من خلال التفاف الدنا حول الهستونات لتشكيل بنى عالية الترتيب. نظرًا إلى هذا التراص، يتعذر الوصول إلى محفز الجين دون مساعدة العوامل الأخرى في النواة، ما يجعل بنية الكروماتين موقعًا شائعًا للتنظيم. على غرار عوامل سيغما في بدائيات النوى، تُعد عوامل النسخ العامة (جي تي إف إس) مجموعة من العوامل اللازمة لجميع أحداث النسخ لدى حقيقيات النوى. تُعتبر هذه العوامل مسؤولة عن تثبيت تفاعلات الربط وفتح حلز الدنا من أجل السماح لبوليميراز الرنا بالوصول إلى القالب، إلا أنها غير نوعية لمواقع المحفزات المختلفة. يحدث جزء كبير من تنظيم الجينات عبر عوامل النسخ التي تعمل على تحريض ارتباط آلية النسخ العامة و/ أو البوليميراز أو تثبيطها. يمكن تحقيق ذلك من خلال التفاعلات الوثيقة مع عناصر المحفز الأساسية، أو من خلال عناصر المحسن بعيدة المسافات.

وفي هذا الصدد، تعمل هذه الأنظمة الثلاثة في تناسق من أجل تكامل الإشارات من الخلية وتغيير برنامج النسخ طبقًا لذلك.

من جهة ثانية، إنهاء البوليميراز. وُجد عدد من العوامل المسؤولة عن التحكم بحدوث الإنهاء، الذي يحدد مصير نسخ الرنا.

وفي هذا السياق، بمجرد ارتباط البوليميراز بنجاح مع قالب الدنا، يستلزم غالبًا مساعدة البروتينات الأخرى من أجل خروجه من معقد المحفز المستقر، وبدء تطويل طاق الرنا المتولد. يُطلق على هذه العملية اسم هروب المحفز، وتمثل إحدى الخطوات التي تعمل فيها العناصر التنظيمية من أجل تسريع عملية النسخ أو إبطائها. بشكل مماثل، قد ترتبط عوامل البروتين وعوامل الحمض النووي مع معقد التطويل، وما من شأنه تعديل معدل تحرك البوليميراز على طول قالب الدنا.