جين منظم

في علم الوراثة ، يُعرف الجين المنظم بأنه جين يُشارك في التحكم في التعبير عن جين واحد أو أكثر. غالبًا ما تقع التسلسلات التنظيمية ، التي تُشفّر الجينات المنظمة، عند الطرف 5' لموقع بدء نسخ الجين الذي تُنظّمه. بالإضافة إلى ذلك، يمكن العثور على هذه التسلسلات أيضًا عند الطرف 3' لموقع بدء النسخ. في كلتا الحالتين، سواءً أكان التسلسل التنظيمي يقع قبل (5') أو بعد (3') الجين الذي يُنظّمه، فإنه غالبًا ما يكون على بُعد عدة كيلوبايتات من موقع بدء النسخ . قد يُشفّر الجين المنظم بروتينًا ، أو قد يعمل على مستوى الحمض النووي الريبوزي (RNA )، كما هو الحال في الجينات التي تُشفّر الحمض النووي الريبوزي الميكروي (microRNA ). مثال على الجين المنظم هو الجين الذي يُشفّر بروتينًا كابحًا يُثبّط نشاط المُشغّل ( وهو جين يرتبط بالبروتينات الكابتة ، وبالتالي يُثبّط ترجمة الحمض النووي الريبوزي إلى بروتين عبر بوليميراز الحمض النووي الريبوزي ). ^{[ 1 ]}

في بدائيات النوى ، غالبًا ما تُشفّر الجينات المنظمة بروتينات كابحة . ترتبط هذه البروتينات الكابتة بالمشغلات أو المحفزات ، مانعةً بوليميراز الحمض النووي الريبي من نسخ الحمض النووي الريبي. وعادةً ما تُعبّر عنها باستمرار، ما يضمن وجود مخزون دائم من جزيئات الكابت في الخلية. ^{[ 2 ]} أما المحفزات فتُغيّر شكل البروتينات الكابتة أو تجعلها غير قادرة على الارتباط بالحمض النووي، ما يسمح لبوليميراز الحمض النووي الريبي بمواصلة عملية النسخ. يمكن أن تتواجد الجينات المنظمة داخل الأوبيرون ، أو بجواره، أو بعيدًا عنه. ^{[ 3 ]}

تُشفّر جينات تنظيمية أخرى بروتينات مُنشّطة . يرتبط المُنشّط بموقع على جزيء الحمض النووي، مما يؤدي إلى زيادة نسخ جين مجاور. في بدائيات النوى، يُعدّ بروتين مُنشّط الهدم (CAP) من البروتينات المُنشّطة المعروفة ، وهو يُشارك في التحكم الإيجابي في أوبيرون اللاكتوز .

في تنظيم التعبير الجيني ، الذي تمت دراسته في علم الأحياء التطوري النمائي (evo-devo)، يلعب كل من المنشطات والمثبطات أدوارًا مهمة. ^{[ 4 ]}

يمكن تصنيف الجينات التنظيمية إلى منظمات موجبة وسالبة، بناءً على الظروف البيئية المحيطة بالخلية. المنظمات الموجبة هي عناصر تنظيمية تسمح بارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) بمنطقة المحفز، مما يُتيح عملية النسخ. في حالة أوبيرون اللاكتوز (lac)، يكون المنظم الموجب هو مُركب CRP-cAMP الذي يجب أن يرتبط بالقرب من موقع بدء نسخ جينات اللاكتوز. يسمح ارتباط هذا المنظم الموجب لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالارتباط بنجاح بمحفز تسلسل جين اللاكتوز، مما يُعزز نسخ جينات اللاكتوز Z وY وA. أما المنظمات السالبة فهي عناصر تنظيمية تُعيق ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي بمنطقة المحفز، وبالتالي تُثبط عملية النسخ. في حالة أوبيرون اللاكتوز، يكون المنظم السالب هو مثبط اللاكتوز الذي يرتبط بالمحفز في نفس الموقع الذي يرتبط به بوليميراز الحمض النووي الريبي عادةً. يؤدي ارتباط مثبط اللاكتوز بموقع ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى تثبيط نسخ جينات اللاكتوز. ولا يصبح موقع الارتباط متاحًا لبوليميراز الحمض النووي الريبي لإجراء نسخ جينات اللاكتوز إلا عند ارتباط محفز بمثبط اللاكتوز. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

تتواجد المحفزات في بداية الجين، وتُعدّ الموقع الذي تتجمع فيه آلية النسخ ويبدأ نسخ الجين. تُفعّل المُعززات المحفزات في مواقع وأوقات ومستويات محددة، ويمكن تعريفها ببساطة بأنها "محفزات المحفز". يُعتقد أن المُثبطات تُوقف التعبير الجيني في نقاط زمنية ومواقع محددة. أما العوازل، والتي تُسمى أيضًا عناصر الحدود، فهي تسلسلات من الحمض النووي تُنشئ حدودًا تنظيمية سيس تمنع العناصر التنظيمية لجين ما من التأثير على الجينات المجاورة. ويُفترض عمومًا أن هذه العناصر التنظيمية تُفعّل عن طريق ارتباط عوامل النسخ ، وهي بروتينات ترتبط بتسلسلات محددة من الحمض النووي، وتتحكم في نسخ الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) . قد يكون هناك عدة عوامل نسخ تحتاج إلى الارتباط بعنصر تنظيمي واحد لتفعيله. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط عدة بروتينات أخرى، تُسمى عوامل النسخ المساعدة، بعوامل النسخ نفسها للتحكم في عملية النسخ. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تعمل المنظمات السلبية على منع النسخ أو الترجمة. ومن الأمثلة على ذلك cFLIP الذي يثبط آليات موت الخلايا المؤدية إلى اضطرابات مرضية كالسرطان ، وبالتالي يلعب دورًا حاسمًا في مقاومة الأدوية . ويُعدّ تجاوز هذه العوامل تحديًا في علاج السرطان . ^{[ 10 ]} تشمل المنظمات السلبية لموت الخلايا في السرطان cFLIP ، وعائلة Bcl ₂ ، وSurvivin ، وHSP ، وIAP ، و NF-κB ، وAkt ، و mTOR ، و FADD . ^{[ 10 ]}

توجد تقنيات عديدة للكشف عن الجينات المنظمة، ولكن من بينها، تُستخدم بعض التقنيات بشكل أكثر شيوعًا من غيرها. إحدى هذه التقنيات المختارة هي تقنية ChIP-chip. تُستخدم هذه التقنية داخل الجسم الحي لتحديد مواقع ارتباط عوامل النسخ في منظمات استجابة نظام المكونين. أما تقنية DAP-chip، فتُستخدم في المختبر لتحديد الجينات المستهدفة ووظائف أنظمة نقل الإشارة ثنائية المكونات . تستفيد هذه التقنية من إمكانية فسفرة منظمات الاستجابة وتنشيطها في المختبر باستخدام جزيئات مانحة صغيرة مثل أسيتيل الفوسفات . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

البصمة التطورية هي تقنية تستخدم محاذاة التسلسلات المتعددة لتحديد مواقع التسلسلات المحفوظة ، مثل العناصر التنظيمية. إلى جانب محاذاة التسلسلات المتعددة، تتطلب البصمة التطورية أيضًا معدلات إحصائية للتسلسلات المحفوظة وغير المحفوظة. باستخدام المعلومات التي توفرها محاذاة التسلسلات المتعددة والمعدلات الإحصائية، يمكن تحديد أفضل الأنماط المحفوظة في المناطق المتماثلة ذات الأهمية. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

• قاعدة بيانات عوامل النسخ النباتية
• المنظم + الجين في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) بالمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• http://www.news-medical.net/life-sciences/Gene-Expression-Techniques.aspx
• http://www.britannica.com/science/regulator-gene
• https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/gene-expression-16/regulation-of-gene-expression-111/prokaryotic-versus-eukaryotic-gene-expression-453-11678/ مؤرشف بتاريخ 8 أكتوبر 2016 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine)