صندوق CAAT

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
يُظهر النموذج الأيسر مُركّب NF-YC/NF-YB مع عنصر CCAAT من مُحفّز الكولاجين pro-2(I). يظهر هيكل الحمض النووي DNA على شكل أشرطة (بنفسجية) مع عرض القواعد. تم تلوين الموقعين المُحتملين لصندوق CCAAT، وفقًا للنمذجة، باللون السماوي. أما بالنسبة للنموذج الأيمن لمُركّب NF-Y/CCAAT، فقد تم تلوين NF-YC وNF-YB وDNA كما في الشكل على اليسار، بينما تم تلوين NF-YA باللون الأزرق. يظهر الموقعان البديلان للرابط الذي يربط النطاقين الفرعيين NF-YA1 وNF-YA2 على شكل خطوط زرقاء مُنقطة. تم تمييز عناصر البنية الثانوية لزوج الهيستون المُشاركة في التعرّف على NF-YA1 وNF-YA2 (انظر النص) وتلوينها باللونين الأحمر والرمادي، على التوالي. ولتوضيح الصورة، تم عرض قواعد خماسي النوكليوتيدات CCAAT فقط مع تمييزها. [ 1 ]

في علم الأحياء الجزيئي ، يُعرف صندوق CCAAT (ويُختصر أحيانًا إلى صندوق CAAT أو صندوق CAT ) بأنه نمط مميز من النيوكليوتيدات بتسلسل توافقي GGCCAATCT ، ويقع على بُعد 60-100 قاعدة من موقع النسخ الأولي . يُشير صندوق CAAT إلى موقع ارتباط عامل النسخ RNA ، وعادةً ما يكون مصحوبًا بتسلسل توافقي محفوظ . وهو تسلسل DNA ثابت يقع على بُعد حوالي 70 زوجًا قاعديًا سالبًا من منشأ النسخ في العديد من مُحفزات حقيقيات النوى . ويبدو أن الجينات التي تحتوي على هذا العنصر تتطلبه لكي يتم نسخ الجين بكميات كافية. وغالبًا ما يغيب عن الجينات التي تُشفّر البروتينات المستخدمة في جميع الخلايا تقريبًا. يُعرف هذا الصندوق، إلى جانب صندوق GC، بقدرتهما على الارتباط بعوامل النسخ العامة. وينتمي كلا التسلسلين التوافقيين إلى المُحفز التنظيمي . ويحدث التعبير الجيني الكامل عندما ترتبط بروتينات مُنشطة النسخ بكل وحدة داخل المُحفز التنظيمي. ويُعد الارتباط البروتيني المُحدد ضروريًا لتنشيط صندوق CCAAT. تُعرف هذه البروتينات باسم البروتينات الرابطة لصندوق CCAAT / عوامل الربط بصندوق CCAAT.

صندوق CCAAT هو سمة توجد عادةً قبل مناطق الترميز في حقيقيات النوى، ولكنه غير موجود في بدائيات النوى. [ 2 ]

تسلسل توافقي

في اتجاه نسخ الشريط القالب، كان التسلسل المتفق عليه ، أو الترتيب المحسوب لأكثر البقايا شيوعًا، لصندوق CAAT هو 3'-TG ATTGG (T/C)(T/C)(A/G)-5'. يشير استخدام الأقواس إلى وجود أي من القاعدتين، ولكن دون تحديد تردداتهما النسبية. على سبيل المثال، "(T/C)" يعني أنه يتم اختيار الثايمين أو السيتوزين بشكل تفضيلي. [ 3 ] ضمن الحيوانات (مملكة الحيوانات)، يحتفظ معقد عامل الربط الأساسي (CBF)-DNA بدرجة عالية من الحفظ ضمن وحدة ربط CCAAT، بالإضافة إلى التسلسلات المحيطة بهذه الوحدة الخماسية. تختلف وحدة CCAAT في النباتات (استُخدم السبانخ في إحدى التجارب) قليلاً عن الحيوانات في كونها في الواقع وحدة ربط CAAT. يفتقر المحفز إلى أحد بقايا السيتوزين (C) من النمط الخماسي، ولا تُحدث إضافة السيتوزين الثاني بشكل اصطناعي أي تأثير يُذكر على نشاط الارتباط. تفتقر بعض التسلسلات إلى صندوق CAAT تمامًا. ثانيًا، لا تتطابق النيوكليوتيدات المحيطة في النباتات مع التسلسل المتفق عليه أعلاه الذي حدده بي وآخرون [ 4 ] .

المروج الرئيسي

يُعرف صندوق CAAT بالمحفز الأساسي، أو المحفز القاعدي، أو ببساطة المحفز ، وهو منطقة من الحمض النووي تبدأ عملية نسخ جين معين. تقع هذه المنطقة، وخاصةً صندوق CAAT، على بُعد حوالي 60-100 قاعدة باتجاه الطرف 5'، ولكن ليس أقل من 27 زوجًا من القواعد، من موقع النسخ الأولي لجين حقيقي النواة حيث ترتبط مجموعة من عوامل النسخ العامة بإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي II قبل بدء عملية النسخ. [ 5 ] [ 6 ] من الضروري لعملية النسخ أن تتمكن عوامل الربط الأساسية هذه (المعروفة أيضًا باسم العامل النووي Y أو NF-Y) من الارتباط بنمط CCAAT. أظهرت التجارب في العديد من المختبرات أن الطفرات في نمط CCAAT التي تؤدي إلى فقدان ارتباط CBF تقلل أيضًا من النشاط النسخي في هذه المحفزات، مما يشير إلى أن مركبات CBF-CCAAT ضرورية للنشاط النسخي الأمثل. [ 3 ]

ملزم

في تجربة أُجريت باستخدام عوامل الربط الأساسية (CBF) ومعقدات الحمض النووي، تمكن الباحثون من تحديد التسلسلات المفضلة للمحفز في منطقة فوق صندوق CAAT ومجاورة له مباشرةً، ومنطقتين على جانبي صندوق CAAT. وباستخدام عملية اختيار الربط العشوائي بوساطة تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، أظهر الباحثون أن التسلسل "3' - (T/C)G ATTGG (T/C)(T/C)(A/G) - 5'" الذي يُحيط مباشرةً بمنطقة ATTGG (CCAAT في السلسلة المُكملة) يتم اختياره بشكل تفضيلي على السلسلة المُشفرة (المقابلة للسلسلة القالب). [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ] وقد تم إثبات ذلك باستخدام تسلسل قليل النوكليوتيدات (R1) يحتوي على 27 نيوكليوتيدًا عشوائيًا، مُحاطًا بتسلسل مُحدد من 20 نيوكليوتيدًا على كل جانب. على الرغم من عدم اختيار أي نيوكليوتيد منفرد في كل نسخة مستنسخة على جانبي وحدة ATTGG (CCAAT في السلسلة المكملة)، فقد لوحظ اختيار عدة نيوكليوتيدات في مواقع ذات تردد عالٍ. وكان أبرزها في التسلسل المذكور أعلاه بقايا الجوانين (G) قرب الطرف 5' لوحدة ATTGG. كما لوحظت بقايا أخرى، ولكن يوجد تباين بين اثنين منها. وقد أسفرت التجربة نفسها عن التسلسل نفسه الموضح أعلاه عند استخدام قليل النيوكليوتيدات مختلف (R2) يحتوي على نواة ATTGG ومحاط بـ 12 نيوكليوتيدًا عشوائيًا عند الطرف 5' و10 نيوكليوتيدات عشوائية عند الطرف 3'. يتشابه هذان التسلسلان بشكل كبير، وقد تم تأكيد ذلك في تجارب متعددة. أما بالنسبة للتسلسلات التي تحيط بوحدة ATTGG ببقايا أدينين (AA) عند الطرف 5' وجوانين (G/A) عند الطرف 3'، فيبدو أنها تثبط تكوين معقد CBF-DNA، وبالتالي ظهرت في 1% فقط من تسلسلات المحفز. [ 3 ] في تجربة أخرى أُجريت على المحفز المتأخر الرئيسي (MLP) للفيروسات الغدية من أنواع مضيفة متنوعة، تبين أن طفرة صندوق CAAT وتسلسل CCAAT، الذي يُعتقد أنه يلعب دورًا محوريًا في المحفز المتأخر الرئيسي (MLP) للفيروسات الغدية البشرية من المجموعة الفرعية C، في الأنواع التي تعاني من نقص في تسلسل CAAT، أدت إلى انخفاض ملحوظ في بدء النسخ في الأنواع ذات المحفز المتأخر الرئيسي الطافر مقارنةً بالنوع البري أو الأنواع التي تحمل طفرة CAAT. ويتوافق عدم استعادة الفيروسات الغدية لوظائفها الطبيعية، والذي يُعزى إلى صندوق CAAT، مع فكرة أن صندوق CAAT يلعب دورًا حيويًا في المحفز المتأخر الرئيسي للفيروس الغدي، ويُفضل استخدامه على عناصر النسخ الأخرى. [ 9 ]

CCAAT في النباتات

تتكون عوامل الربط الأساسية هذه، أو العوامل النووية (NF-Y)، من ثلاث وحدات فرعية: NF-YA وNF-YB وNF-YC. في حين أن كل وحدة فرعية من NF-Y في الحيوانات مشفرة بجين واحد، فقد شهدت النباتات تنوعًا في كل من البنية والوظيفة. تتكون عائلات NF-Y من ثمانية إلى 39 عضوًا لكل وحدة فرعية. ويعود سبب رئيسي لهذا التنوع إلى تضاعف الجينات والتضاعفات المتتالية، مما ساهم في زيادة حجم عائلات NF-Y مقارنةً بالعوامل النووية الحيوانية المشفرة بجين واحد. [ 10 ] تحتوي كل وحدة فرعية على جزء محفوظ تطوريًا - الطرف الكربوكسيلي لـ NF-YA، والجزء المركزي لـ NF-YB، والطرف الأميني لـ NF-YC، حيث يبقى أكثر من 70% من هذه الأجزاء محفوظًا عبر الأنواع. أما المناطق المجاورة، فلا تُحفظ عمومًا. [ 6 ]

الوحدة الفرعية NF-YA

تُشفّر عائلة NF-YA عوامل نسخ ذات أطوال متفاوتة (بين 207 و347 حمضًا أمينيًا في نبات Medicago truncatula ). تتميز بروتينات NF-YA عمومًا بنطاقين محفوظين بشدة في جميع حقيقيات النوى العليا التي دُرست حتى الآن. يحتوي النطاق الأول (A1) على 20 حمضًا أمينيًا تُشكّل حلزون ألفا ، ويبدو أنه ذو أهمية في تفاعلاته مع NF-YB وNF-YC. أما النطاق الثاني (A2) فيُجاور النطاق A1 بتسلسل رابط محفوظ، وهو عبارة عن تسلسل من 21 حمضًا أمينيًا ضروري للارتباط المحدد بصندوق CCAAT في الحمض النووي. يُحفظ النطاقان A1 وA2 باتجاه الطرف الكربوكسيلي في الثدييات، ولكنهما يشغلان منطقة مركزية أكثر في وحدات NF-YA الفرعية النباتية. في النباتات، تطورت وحدة NF-YA الفرعية لتنظيم نمو عضو جذري اختياري موجود فقط في البقوليات، وقد ثبت أنه يُعبّر عنه في نسيج الجذر. وقد تبين أن له خصائص مشابهة لمقاومة الجفاف، حيث يزداد تعبيره أثناء الإجهاد الناتج عن الجفاف في جذور وأوراق نبات الأرابيدوبسيس . وقد أظهرت طفرات NF-YA فقدانًا للوظيفة وحساسية مفرطة لظروف مشابهة للجفاف، وعلى النقيض من ذلك، أدى الإفراط في التعبير عن NF-YA إلى مقاومة الجفاف . [ 10 ]

الوحدة الفرعية NF-YB

تتفاوت عائلة NF-YB، على غرار الوحدة الفرعية NF-YA، في الطول، إلا أنها أصغر بكثير في المتوسط ​​من الوحدة الفرعية NF-YA (90-240 حمضًا أمينيًا في نبات Medicago truncatula). وقد وُصفت هذه العائلة ببنية وتركيب أحماض أمينية مشابهة لنمط طي الهيستون (HFM). ويتكون هذا النمط من ثلاثة حلزونات ألفا تفصل بينها حلقتان من خيوط بيتا. وكما هو الحال مع NF-YA، فقد ثبت أن NF-YB يُحسّن مقاومة الجفاف عند الإفراط في التعبير عنه، كما يُحفّز الإزهار في نبات Arabidopsis . [ 10 ]

الوحدة الفرعية NF-YC

تتميز بروتينات NF-YC بحجمها المتوسط ​​بين بروتينات NF-YA وNF-YB (117-292 حمضًا أمينيًا في نبات Medicago truncatula )، كما أنها تحتوي على نطاق HFM السائد في بروتينات NF-YB. وقد ثبت أيضًا دورها في تحديد وقت الإزهار في بعض النباتات (إذ يؤدي فرط التعبير عنها إلى الإزهار المبكر)، حيث يُحتمل أن يكون تأثيرها مُنظَّمًا عن طريق ارتباط بروتين CONSTANS (CO) بالوحدة الفرعية NF-YC. [ 10 ]

مركبات NF-Y

نتيجةً للتغير التطوري في جينات ترميز عامل النسخ NF-Y في النباتات، باتت تمتلك نطاقًا واسعًا من المركبات الثلاثية المحتملة. فعلى سبيل المثال، في نبات الرشاد (Arabidopsis )، تم تحديد 36 وحدة فرعية من عامل النسخ NF-Y (بما في ذلك 10 وحدات فرعية من NF-YA، و13 وحدة فرعية من NF-YB، و13 وحدة فرعية من NF-YC)، والتي يُمكن نظريًا أن تُشكّل 1690 مركبًا فريدًا (يحتوي كل منها على وحدة فرعية واحدة). هذا العدد، بطبيعة الحال، أعلى مما يحدث فعليًا نظرًا لأن بعض الوحدات الفرعية لها أنماط ارتباط مُحددة. وقد أظهرت التحليلات الوظيفية لجينات ترميز عامل النسخ NF-Y في النباتات، نتيجةً لتنوعها التطوري مقارنةً بنظيراتها الحيوانية، أنها اكتسبت وظائف مُحددة مُتنوعة، مثل نمو الجنين، والتحكم في وقت الإزهار، والاستجابة للإجهاد الشبكي الإندوبلازمي، والإجهاد الناتج عن الجفاف، ونمو العقد الجذرية. قد لا يمثل هذا سوى جزء صغير من قدراتهم، نظرًا لأن عدد التركيبات النظرية لمركبات NF-Y كبير جدًا، ولا يمكن إنشاء سوى جزء صغير منها فعليًا (تم تأكيد أقل من 10% من جميع التفاعلات الممكنة في كلا الاتجاهين في الخميرة). [ 10 ]

بروتينات ربط مُحسِّن CCAAT (C/EBPs)

جانب آخر من جوانب وحدة ربط CCAAT هو بروتينات ربط CCAAT/المعزز (C/EBPs). وهي مجموعة من عوامل النسخ تتألف من ستة أعضاء (α-ζ)، تتميز بدرجة عالية من الحفظ وترتبط بوحدة ربط CCAAT. على الرغم من أن الأبحاث حول هذه البروتينات الرابطة حديثة نسبيًا، فقد ثبت أن لوظيفتها أدوارًا حيوية في تكاثر الخلايا وتمايزها، والتمثيل الغذائي ، والالتهاب، والمناعة في خلايا مختلفة، ولا سيما خلايا الكبد ، والخلايا الدهنية ، والخلايا المكونة للدم . [ 11 ] على سبيل المثال، في الخلايا الدهنية، ثبت ذلك في تجارب عديدة أُجريت على الفئران: إذ تمكن التعبير غير الطبيعي عن هذه البروتينات (C/EBPα وC/EBPβ) من بدء برامج تمايز الخلية، حتى في غياب الهرمونات المحفزة لتكوين الخلايا الدهنية ، أو تمايز الخلايا الدهنية الأولية إلى خلايا دهنية ناضجة. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي فرط وفرة هذه البروتينات الرابطة لـ C/EBP (وتحديدًا C/EBPδ) إلى استجابة متسارعة. علاوة على ذلك، في الخلايا التي تفتقر إلى C/EBP أو في الفئران التي تعاني من نقص C/EBP، يعجز كلاهما عن الخضوع لعملية تكوين الخلايا الدهنية. ينتج عن ذلك نفوق الفئران بسبب نقص سكر الدم ، أو انخفاض تراكم الدهون في الأنسجة الدهنية. [ 12 ] تتبع البروتينات الرابطة لـ C/EBP نطاقًا عامًا من نوع bZIP ( سحاب الليوسين الأساسي) في الطرف الكربوكسيلي ، وهي قادرة على تكوين ثنائيات مع بروتينات رابطة لـ C/EBP أخرى أو عوامل نسخ أخرى. يسمح هذا التثني للبروتينات الرابطة لـ C/EBP بالارتباط بشكل خاص بالحمض النووي DNA من خلال تسلسل متناظر في الأخدود الرئيسي للحمض النووي. يتم تنظيمها من خلال وسائل مختلفة، بما في ذلك الهرمونات ، والمحفزات الانقسامية ، والسيتوكينات ، والمغذيات ، وعوامل أخرى متنوعة. [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ رومييه، كريستوف؛ كوتشياريلا، فابيان؛ مانتوفاني، روبرتو؛ موراس، دينو (24 أكتوبر 2002). "بنية NF-YB/NF-YC تُلقي الضوء على ارتباط الحمض النووي وتنظيم النسخ بواسطة عامل CCAAT NF-Y" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 278 (2): 1336-1345 . doi : 10.1074/jbc.M209635200 . PMID 12401788 . 
  2. ↑ ستيدمان، توماس لاثروب (6 ديسمبر 2005). قاموس ستيدمان الطبي، المجلد 1 (الطبعة 28 ). ليبينكوت ويليامز وويلكنز. ISBN  9780781733908.
  3. 1 2 3 4 بي، ويمين؛ وو، لينغ؛ كوستري، فرانسواز؛ كرومبروغ، بينوا دي؛ مايتي، سانكار ن. (17 أكتوبر 1997). "خصوصية ارتباط الحمض النووي لعامل ربط CCAAT CBF/NF-Y" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 272 ​​(42): 26562-26572 . doi : 10.1074/jbc.272.42.26562 .
  4. ↑ كوسنيتسوف، فيكتور؛ لاندسبيرجر، مارتن؛ ميورر، يورج؛ أولمولر، رالف (10 ديسمبر 1999). "تنظيم تجميع معقد ربط صندوق CAAT عند محفز جين التمثيل الضوئي بواسطة الضوء والسيتوكينين ومرحلة البلاستيدات" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 274 (50): 36009-36014 . doi : 10.1074/jbc.274.50.36009 .
  5. ↑ كامماك، ريتشارد؛ أتوود، تيريزا؛ كامبل، بيتر؛ باريش، هوارد؛ سميث، أنتوني؛ فيلا، فرانك؛ ستيرلينغ، جون (2006). قاموس أكسفورد للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ( الطبعة الثانية). مطبعة جامعة أكسفورد. doi : 10.1093/acref/9780198529170.001.0001 . ISBN  9780198529170.
  6. 1 2 مانتوفاني، روبرتو (18 أكتوبر 1999). "البيولوجيا الجزيئية لعامل ربط CCAAT، NF-Y". جين . 239 (1): 15-27 . doi : 10.1016/S0378-1119(99)00368-6 . PMID 10571030 . 
  7. ↑ مانتوفاني، روبرتو (1998). "دراسة استقصائية لـ 178 صندوق ربط CCAAT لـ NF-Y" . أبحاث الأحماض النووية . 26 (5): 1135-1143 . doi : 10.1093/nar/26.5.1135 . PMC 147377. PMID 9469818 .  
  8. ^ دولفيني، ديليتا. زامبيلي، فيديريكو؛ بافيسي، جوليو؛ مانتوفاني ، روبرتو (15 ديسمبر 2009). "منظور بنية المروج من صندوق CCAAT" . دورة الخلية . 8 (24): 4127-4137 . دوى : 10.4161/cc.8.24.10240 . بميد 19946211 . 
  9. ↑ سونغ، بيونغوون؛ يونغ، سي إس إتش (أبريل 1998). "التحليل الوظيفي لصندوق CAAT في المحفز المتأخر الرئيسي لفيروسات الغدية البشرية من المجموعة الفرعية C" . مجلة علم الفيروسات . 72 (4): 3213-3220 . doi : 10.1128/JVI.72.4.3213-3220.1998 . PMC 109786. PMID 9525647 .  
  10. 1 2 3 4 5 لالوم، توم؛ دي ميتا، ستيفان؛ جاماس، باسكال؛ بودين، مايل. نيبل ، أندرياس (مارس 2013). “عوامل النسخ الملزمة لصندوق CCAAT في النباتات: هل هناك الكثير؟”. الاتجاهات في علوم النبات . 18 (3): 157-166 . دوى : 10.1016/j.tplants.2012.07.004 . بميد 22939172 . 
  11. رامجي ، ديبيك ب.؛ فوكا ، بيلاجيا (10 مايو 2002). "مقالة مراجعة: بروتينات ربط مُحسِّن CCAAT: التركيب والوظيفة والتنظيم" . مجلة الكيمياء الحيوية . 365 (الجزء 3): 561-575 . doi : 10.1042/BJ20020508 . PMC 1222736. PMID 12006103 .  
  12. ↑ تاناكا، ت؛ يوشيدا، ن؛ كيشيموتو، ت؛ أكيرا، س (15 ديسمبر 1997). "خلل في تمايز الخلايا الدهنية في الفئران التي تفتقر إلى جين C/EBPbeta و/أو C/EBPdelta" . مجلة EMBO . 16 (24): 7432-7443 . doi : 10.1093/ emboj /16.24.7432 . PMC 1170343. PMID 9405372 .