معلومة

كيف يحدد نسخ الحمض النووي الريبي أي نصف من الحمض النووي يجب استخدامه؟

كيف يحدد نسخ الحمض النووي الريبي أي نصف من الحمض النووي يجب استخدامه؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أشعر أنه قد يكون لدي سوء فهم كامل هنا. إذا كان للحمض النووي خيطين ، فكيف تحدد آلية نسخ الحمض النووي الريبي أيهما يجب نسخه؟


سأبقي هذا قصيرًا وبسيطًا. يتم التحكم في اتجاه النسخ (الذي يحدد الخيط المستخدم كقالب) بواسطة المروج ، وهو منطقة من أشكال DNA محددة في نهاية الجين 5. يرتبط RNA polymerase بالمحفز ، والذي يوجهه على الخيط الصحيح وفي الاتجاه الصحيح ، وبعد ذلك يمكنه المضي قدمًا في نسخ الجين.

هذه الرسوم المتحركة الصغيرة الرائعة هي من هذا الموقع.


إضافة إلى كنديالجواب ، في الواقع ، يمكن العثور على الجينات في كل من خيوط الحمض النووي في معظم الخلايا حقيقية النواة ، بمعنى أن خيوط الإحساس والمضادة للحواس ليست دائمًا نفس الخيط. لذلك يتم تحديد الاتجاه بالكامل بواسطة المروج. علاوة على ذلك ، هناك مروجات ثنائية الاتجاه.


نصف عمر قصير من الحمض النووي الريبي في البكتيريا الزرقاء البحرية بطيئة النمو بروكلوروكوكس

يلعب دوران الحمض النووي الريبي دورًا مهمًا في تنظيم الجينات للكائنات الحية الدقيقة ويؤثر على سرعة تأقلمها مع التغيرات البيئية. لقد بحثنا في استقرار الحمض النووي الريبي للجينوم الكامل لـ بروكلوروكوكس، وهي بكتيريا زرقاء بحرية بطيئة النمو نسبيًا تتضاعف مرة واحدة يوميًا تقريبًا ، وهي وفيرة للغاية في المحيطات.

نتائج

باستخدام مجموعة من المصفوفات الدقيقة و RT-PCR الكمي وطريقة ملائمة جديدة لتحديد معدلات تحلل الحمض النووي الريبي ، وجدنا متوسط ​​عمر نصف يبلغ 2.4 دقيقة ومعدل تحلل متوسط ​​2.6 دقيقة للجينات المعبر عنها - أسرع مرتين من ذلك المبلغ عنه لأي الكائن الحي. كان أقصر عمر نصفي للنسخة (33 ثانية) لجين مجهول الوظيفة ، بينما كان البعض الأطول (حوالي 18 دقيقة) للجينات ذات مستويات النسخ العالية. أظهرت الجينات المنظمة في الأوبرونات أنماطًا مثيرة للاهتمام من اضمحلال الرنا المرسال ، مثل زيادة الاستقرار ، وتأخر ظهور الاضمحلال بمسافة أكبر من موقع بدء النسخ. لوحظت نفس الظاهرة على دقة مسبار واحد للجينات التي يزيد حجمها عن 2 كيلو بايت.

الاستنتاجات

نفترض أن معدل الدوران السريع بالنسبة لوقت التوليد البطيء في بروكلوروكوكس قد تمكن من الاستجابة السريعة للتغيرات البيئية من خلال إعادة التدوير السريع للنيوكليوتيدات ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في المحيطات الفقيرة بالمغذيات. سيساعدنا فهمنا المتزايد لنصف عمر الحمض النووي الريبي في تفسير البنك المتزايد لدراسات النسخ المترجمة للمجموعات البرية بروكلوروكوكس. ستفتح أنماط الانحلال المعقدة بشكل مدهش للنصوص الكبيرة المبلغ عنها هنا ، والطريقة التي تم تطويرها لوصفها ، طرقًا جديدة للتحقيق وفهم تحلل الحمض النووي الريبي لجميع الكائنات الحية.


ضمن الاختلاف الفردي

كاثرين إي ويلمور ، بينيديكت هالجريمسون ، في التباين ، 2005

2 أسباب على مستوى إنتاج البروتين والحمض النووي الريبي

يكون لنسخ وترجمة الحمض النووي الريبي معدل خطأ أكبر بثلاث مرات من معدل تكرار الحمض النووي ، وبالتالي فهو مصدر مهم للضوضاء التنموية الجوهرية للخلية (ألبرتس) وآخرون., 1998 ).

بالإضافة إلى الأخطاء التي يمكن أن تحدث أثناء العملية ، يعتبر النسخ عملية عشوائية بطبيعتها ، تؤدي إلى كميات متغيرة من المنتجات على فترات زمنية متغيرة (McAdams and Arkin ، 1999). تشير الأبحاث الحديثة إلى أن النسخ في حقيقيات النوى يتم تنظيمه بواسطة آلية تبديل ثنائية "تشغيل" مقابل "إيقاف تشغيل" ، بناءً على الاحتمالية (McAdams and Arkin ، 1999 Fiering وآخرون.، 2000 بليك وآخرون.، 2003 Klingenberg 2004a). وجد فيرينج وزملاؤه (2000) دليلاً يدعم هذا التنظيم الثنائي في دراسة عن تأثير المعززات على النسخ. ووجدوا أن التعبير الجيني في الألياف العضلية كان عشوائيًا ، وأنه داخل نواة معينة ، كان الجين إما يعمل أو لا يعمل ، وأن معززات الجينات تزيد من احتمالية تنشيط الجين. نتيجة هذا التنظيم الثنائي هو أن النسخ يحدث في دفعات من النشاط مع فترات من الخمول لمدة عشوائية (Klingenberg ، 2004a). سيتم أيضًا إنتاج منتجات النسخ وكذلك البروتينات من ترجمتها اللاحقة في دفعات متفرقة ، مما يعزز تأثيرات الضوضاء الناتجة أثناء النسخ (McAdams and Arkin ، 1999 Swain وآخرون.، 2002 بليك وآخرون.، 2003 Klingenberg، 2004a). يؤدي إنتاج البروتينات بهذه الطريقة المتقطعة على فترات زمنية عشوائية إلى كميات متغيرة من منتج البروتين في الخلية في أي وقت معين (McAdams and Arkin ، 1997 ، 1999). يمكن أن يؤدي إنتاج البروتين العشوائي إلى اختلافات كبيرة في التسلسلات التنظيمية اللاحقة عبر مجموعة من الخلايا وهو مصدر محتمل آخر للضوضاء التنموية (McAdams and Arkin ، 1997).

تتنبأ النماذج المستندة إلى النسخ العشوائي والترجمة بزيادة الضوضاء التطورية مع انخفاض كمية النص (Elowitz وآخرون. ، 2002). لذلك ، فإن معدلات النسخ أبطأ (Alberts وآخرون. ، 1998 بليك وآخرون. ، 2003) ، فإن الفترات الأطول بين نشاط النسخ ، والعمر النصفي الأقصر للمنتجات (Klingenberg ، 2004 أ) من المحتمل أن تؤدي إلى زيادة الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي انخفاض عدد المنتجات الخارجية للنسخ التي تشارك في تنظيمها إلى زيادة الضوضاء التنموية. تتضمن هذه العوامل الخارجية عدد بوليميرات الحمض النووي الريبي والريبوزومات والبروتينات (سوين وآخرون., 2002 ).

الشبكة الإندوبلازمية (ER) هي بوابة البروتينات إلى المسار الإفرازي (Fewell وآخرون.، 2001 سيتيا وبراكمان ، 2003). يوفر ER بيئة مواتية بشكل خاص لطي ونضج البروتينات ، وغالبًا ما يكون بمثابة فحص نهائي لدقة البروتينات قبل دخولها إلى المسار الإفرازي (Fewell وآخرون.، 2001 Ellgaard and Helenius، 2003 Sitia and Braakman، 2003). تعد مراقبة الجودة في ER مهمة بشكل خاص لأن المواقع النهائية للبروتينات المفرزة غالبًا ما تفتقر إلى المرافقين أو عوامل الطي الأخرى التي يمكن أن تحدد تكوينها إذا تعرضت للتلف (Ellgaard and Helenius ، 2003). تشارك البروتينات التي يتم إفرازها من ER في مجموعة متنوعة من العمليات المهمة مثل تخزين المغذيات وتنظيم الجينات وبعض وظائف الناقل خارج الخلية للروابط (Ellgaard and Helenius ، 2003). إن الأهمية الوظيفية للبروتينات المنتجة في ER ، إلى جانب آثارها بعيدة المدى المحتملة نتيجة لدخول المسار الإفرازي ، ستمكّن سلسلة من الاضطرابات المصبّة إذا تعطل استقرار هذه البروتينات. توجد عدة آليات لضمان دقة البروتينات المنتجة في ER (انظر النص التالي تحت الآليات). ومع ذلك ، فإن البروتينات التي تهربت بطريقة ما من آليات مراقبة الجودة في ER لديها إمكانات كبيرة للتسبب في العديد من الاضطرابات المصبّة التي قد تكون شديدة. ينشأ أحد الأسباب المحتملة لإطلاق البروتينات التالفة أو غير الوظيفية من ER من الطريقة الأساسية لمراقبة الجودة. لا تأخذ ER وظائف البروتينات. بدلاً من ذلك ، تعتمد مراقبة الجودة على التشكل الصحيح للبروتينات ، بافتراض أن البروتينات المطوية بشكل صحيح تعمل بشكل صحيح ، مما قد يؤدي إلى إفراز بروتينات غير وظيفية ولكنها مطوية بشكل صحيح (Ellgaard and Helenius، 2003).

إن وجود روابط ثاني كبريتيد هو سمة من سمات البروتينات الإفرازية ، وتوفر ER بيئة فريدة تدعم تكوين رابطة ثاني كبريتيد (Fewell وآخرون.، 2001). في ظل الظروف العادية ، تكون روابط ثاني كبريتيد مفيدة ، وهناك العديد من العوامل داخل ER لضمان تكوينها. ومع ذلك ، فإن العمليات المتضمنة في تكوين رابطة ثاني كبريتيد بطيئة جدًا مقارنة بعمليات الطي الأخرى ، وبالتالي قد تؤدي إلى إبطاء إنتاج البروتينات وإفرازها لاحقًا (Fewell وآخرون.، 2001). إذا كان هناك اضطراب في تكوين رابطة ثاني كبريتيد داخل ER ، فيمكن إيقاف أو إبطاء العمليات النهائية الحساسة للوقت بسبب انخفاض عدد البروتينات الإفرازية.

تعمل البروتينات على تنظيم الإنتاج الإضافي للبروتينات الأخرى وكذلك لتعديل التعبير عن الجينات. لذلك ، فإن أي ارتباط عشوائي على مستوى إنتاج الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتين يمكن أن يكون له عواقب متتالية في جميع أنحاء النظام التنموي.


في الحمض النووي ، يحدث تنظيم التعبير الجيني عادةً على مستوى التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي (النسخ) ، ويتم تحقيقه من خلال الارتباط المتسلسل المحدد للبروتينات (عوامل النسخ) التي تنشط أو تمنع النسخ. قد تعمل عوامل النسخ كمنشّطات أو كوابح أو كليهما. غالبًا ما تعمل المثبطات عن طريق منع بوليميريز الحمض النووي الريبي من تكوين مركب إنتاجي مع منطقة بدء النسخ (المروج) ، بينما تسهل المنشطات تكوين مجمع إنتاجي. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن أشكال الحمض النووي تنبئ بالتعديلات اللاجينومية ، مما يشير إلى أن عوامل النسخ تلعب دورًا في تنظيم الإبيجينوم. [2]

في RNA ، قد يحدث التنظيم على مستوى التخليق الحيوي للبروتين (الترجمة) ، أو انقسام الحمض النووي الريبي ، أو ربط الحمض النووي الريبي ، أو إنهاء النسخ. غالبًا ما ترتبط التسلسلات التنظيمية بجزيئات الرنا المرسال (mRNA) ، حيث تُستخدم للتحكم في التكوُّن الحيوي للرنا المرسال أو ترجمته. قد ترتبط مجموعة متنوعة من الجزيئات البيولوجية بالـ RNA لإنجاز هذا التنظيم ، بما في ذلك البروتينات (على سبيل المثال ، المثبطات الترجمية وعوامل الربط) ، وجزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى (مثل miRNA) والجزيئات الصغيرة ، في حالة المحولات الريبية.

لا ينظم تسلسل الحمض النووي التنظيمي ما لم يتم تنشيطه. يتم تنشيط التسلسلات التنظيمية المختلفة ثم تنفيذ تنظيمها من خلال آليات مختلفة.

تفعيل المحسن والتنفيذ تحرير

يمكن بدء التعبير المنظم للجينات في الثدييات عند إرسال الإشارات إلى المحفزات المرتبطة بالجينات. يمكن أن يكون لتسلسلات الحمض النووي التي تنظمها رابطة الدول المستقلة والموجودة في مناطق الحمض النووي البعيدة عن محفزات الجينات تأثيرات كبيرة جدًا على التعبير الجيني ، حيث تخضع بعض الجينات للتعبير المتزايد بمقدار 100 ضعف بسبب مثل هذا التسلسل التنظيمي لرابطة الدول المستقلة. [3] تتضمن هذه التسلسلات التنظيمية لرابطة الدول المستقلة معززات وكاتمات صوت وعوازل وعناصر ربط. [4] من بين هذه المجموعة من المتواليات ، تلعب المحسنات وبروتينات عامل النسخ المرتبطة بها دورًا رائدًا في تنظيم التعبير الجيني. [5]

المعززات هي سلاسل الجينوم التي تعد عناصر تنظيمية رئيسية للجينات. تتحكم المعززات في برامج التعبير الجيني الخاصة بنوع الخلية ، غالبًا عن طريق التنقل عبر مسافات طويلة لتقترب ماديًا من محفزات الجينات المستهدفة. [6] في دراسة أجريت على الخلايا العصبية القشرية في الدماغ ، تم العثور على 24،937 حلقة ، مما يجلب المعززات إلى المحفزات. [3] معززات متعددة ، غالبًا ما تكون عند عشرات أو مئات الآلاف من النيوكليوتيدات البعيدة عن جيناتها المستهدفة ، تلتف إلى محفزات الجينات المستهدفة وتنسق مع بعضها البعض للتحكم في التعبير عن الجين المستهدف المشترك. [6]

يوضح الرسم التوضيحي التخطيطي في هذا القسم وجود مُحسِّن يدور حوله ليقترب من محفز الجين المستهدف. يتم تثبيت الحلقة بواسطة ثنائى بروتين موصل (على سبيل المثال dimer من CTCF أو YY1) ، مع تثبيت أحد أعضاء الثنائى على شكل الربط الخاص به على المحسن والعضو الآخر مثبت على شكل الربط الخاص به على المحفز (يمثله متعرج أحمر في الرسم التوضيحي). [7] العديد من بروتينات عامل النسخ الخاصة بوظيفة الخلية (في 2018 أشار لامبرت وآخرون إلى أن هناك حوالي 1600 عامل نسخ في خلية بشرية [8]) ترتبط بشكل عام بزخارف معينة على مُحسِّن [9] ومجموعة صغيرة من هذه المُحسِنات تتحكم عوامل النسخ المرتبطة ، عندما تقترب من المحفز بواسطة حلقة DNA ، في مستوى نسخ الجين المستهدف. الوسيط (coactivator) (مركب يتكون عادة من حوالي 26 بروتينًا في بنية متفاعلة) يرسل إشارات تنظيمية من عوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي المحسن مباشرة إلى إنزيم RNA polymerase II (RNAP II) المرتبط بالمحفز. [10]

تُنسخ المُحسّنات ، عندما تكون نشطة ، بشكل عام من كلا خيوط الحمض النووي مع بوليميرات RNA التي تعمل في اتجاهين مختلفين ، مما ينتج عنه جزيئين من eRNA كما هو موضح في الشكل. [11] قد يرتبط المُحسِّن غير النشط بعامل نسخ غير نشط. قد تؤدي الفسفرة لعامل النسخ إلى تنشيطه وقد يؤدي عامل النسخ النشط هذا إلى تنشيط المُحسِّن المرتبط به (انظر نجمة حمراء صغيرة تمثل فسفرة عامل النسخ المرتبط بمُحسِّن في الرسم التوضيحي). [12] يبدأ المُحسِّن المنشط في نسخ الحمض النووي الريبي الخاص به قبل تنشيط محفز لبدء نسخ الحمض النووي الريبي المرسال من الجين المستهدف. [13]

CpG Island methylation and demethylation تحرير

5-methylcytosine (5-mC) هو شكل ميثلي من السيتوزين الأساسي للحمض النووي (انظر الشكل). 5-mC هو علامة فوق جينية توجد في الغالب على السيتوزينات داخل CpG dinucleotides ، حيث 5 "سيتوزين يتبعه 3" جوانين (مواقع CpG). يوجد حوالي 28 مليون ثنائي نيوكليوتيد CpG في الجينوم البشري. [14] في معظم أنسجة الثدييات ، في المتوسط ​​، تتم ميثلة 70٪ إلى 80٪ من السيتوزينات CpG (مكونة 5-methylCpG أو 5-mCpG). [15] غالبًا ما تحدث السيتوزينات الميثيلية ضمن تسلسل 5’cytosine-guanine 3 في مجموعات تسمى جزر CpG. تحتوي حوالي 59٪ من سلاسل المحفز على جزيرة CpG بينما يحتوي حوالي 6٪ فقط من سلاسل المُحسِّن على جزيرة CpG. [16] تشكل جزر CpG تسلسلات تنظيمية ، لأنه إذا تمت ميثلة جزر CpG في محفز الجين ، يمكن أن يقلل هذا التعبير الجيني أو يسكته. [17]

ينظم مثيلة الحمض النووي التعبير الجيني من خلال التفاعل مع بروتينات مجال ربط الميثيل (MBD) ، مثل MeCP2 و MBD1 و MBD2. ترتبط بروتينات MBD هذه بشدة بجزر CpG عالية الميثيل. [18] تحتوي بروتينات MBD هذه على مجال ربط ميثيل- CpG بالإضافة إلى مجال قمع النسخ. [18] فهي ترتبط بالحمض النووي الميثلي وتوجه أو توجه معقدات البروتين مع إعادة تشكيل الكروماتين و / أو نشاط تعديل هيستون لجزر CpG الميثيلية. تقوم بروتينات MBD عمومًا بقمع الكروماتين المحلي عن طريق تحفيز إدخال علامات هيستون القمعية ، أو إنشاء بيئة كروماتين قمعية شاملة من خلال إعادة تشكيل النواة وإعادة تنظيم الكروماتين. [18]

كما لوحظ في القسم السابق ، فإن عوامل النسخ عبارة عن بروتينات ترتبط بتسلسلات معينة من الحمض النووي من أجل تنظيم التعبير عن جين معين. عادةً ما يكون تسلسل الربط لعامل النسخ في الحمض النووي حوالي 10 أو 11 نيوكليوتيدًا. كما تم تلخيصه في عام 2009 ، فإن Vaquerizas et al. أشار إلى أن هناك ما يقرب من 1400 عامل نسخ مختلف مشفر في الجينوم البشري ويشكلون حوالي 6 ٪ من جميع جينات ترميز البروتين البشري. [19] حوالي 94٪ من مواقع ارتباط عامل النسخ (TFBSs) المرتبطة بالجينات المستجيبة للإشارة تحدث في المعززات بينما تحدث حوالي 6٪ فقط من هذه الخلايا في المحفزات. [9]

بروتين EGR1 هو عامل نسخ خاص مهم لتنظيم مثيلة جزر CpG. يوجد موقع ارتباط عامل نسخ EGR1 بشكل متكرر في تسلسل المحسن أو المحفز. [20] يوجد حوالي 12000 موقع ربط لـ EGR1 في جينوم الثدييات وحوالي نصف مواقع ربط EGR1 موجودة في المحفزات ونصفها في المعززات. [20] ارتباط EGR1 بموقع ربط الحمض النووي المستهدف الخاص به غير حساس لميثيل السيتوزين في الحمض النووي. [20]

في حين أنه لا يمكن اكتشاف سوى كميات صغيرة من بروتين عامل النسخ EGR1 في الخلايا غير المحفزة ، فإن ترجمة EGR1 إلى بروتين في ساعة واحدة بعد التحفيز ترتفع بشكل كبير. [21] يمكن تحفيز التعبير عن بروتينات عامل النسخ EGR1 ، في أنواع مختلفة من الخلايا ، بواسطة عوامل النمو ، والناقلات العصبية ، والهرمونات ، والإجهاد ، والإصابة. [21] في الدماغ ، عندما يتم تنشيط الخلايا العصبية ، يتم تنظيم بروتينات EGR1 وترتبط (تجنيد) إنزيمات TET1 الموجودة مسبقًا والتي يتم التعبير عنها بشكل كبير في الخلايا العصبية. يمكن أن تحفز إنزيمات TET نزع ميثيل 5-ميثيل سيتوزين. عندما تجلب عوامل النسخ EGR1 إنزيمات TET1 إلى مواقع ربط EGR1 في المروجين ، يمكن لإنزيمات TET إزالة ميثيل جزر CpG الميثيلية في تلك المحفزات. عند إزالة الميثيل ، يمكن لهؤلاء المروجين البدء في نسخ جيناتهم المستهدفة. يتم التعبير عن مئات الجينات في الخلايا العصبية بشكل تفاضلي بعد تنشيط الخلايا العصبية من خلال توظيف EGR1 لـ TET1 في التسلسلات التنظيمية الميثيلية في مروجيها. [20]

المروجين والمعززات المستجيبة للإشارة تخضع لفواصل محدودة أو قصيرة الأجل أو مزدوجة الخيط أو أحادية الخيط.

يبدو أن حوالي 600 تسلسل تنظيمي في المروجين وحوالي 800 تسلسل تنظيمي في المعززات يعتمد على فواصل حبلا مزدوجة بدأها topoisomerase 2-beta (TOP2B) للتنشيط. [22] تحريض فواصل معينة مزدوجة الشريطة خاصة فيما يتعلق بإشارة تحفيزها. عندما يتم تنشيط الخلايا العصبية ، تحدث 22 فقط من فواصل الشرائط المزدوجة التي يسببها TOP2B في جينوماتها. [23]

هذه الفواصل المزدوجة التي يسببها TOP2B مصحوبة بأربعة إنزيمات على الأقل من مسار إصلاح الحمض النووي غير المتماثل (NHEJ) (DNA-PKcs و KU70 و KU80 و DNA LIGASE IV) (انظر الشكل). تعمل هذه الإنزيمات على إصلاح الشقوق المزدوجة في غضون حوالي 15 دقيقة إلى ساعتين. [23] [24] وبالتالي ترتبط الفواصل المزدوجة في المحفز بـ TOP2B وأنزيمات الإصلاح الأربعة هذه على الأقل. توجد هذه البروتينات في وقت واحد على نواة محفز واحد (يوجد حوالي 147 نيوكليوتيد في تسلسل الحمض النووي ملفوفًا حول نواة واحدة) يقع بالقرب من موقع بدء النسخ للجين المستهدف. [24]

يبدو أن كسر الشريط المزدوج الذي قدمه TOP2B يحرر جزء المروج في موقع بدء النسخ المرتبط ببوليميراز RNA للانتقال فعليًا إلى المحسن المرتبط به. يسمح هذا للمُحسِّن ، بعوامل النسخ المرتبطة وبروتينات الوسيط ، بالتفاعل مباشرة مع بوليميراز الحمض النووي الريبي المتوقف مؤقتًا في موقع بدء النسخ لبدء النسخ. [23] [10]

يبدو أن إنزيمات Topoisomerase I (TOP1) موجودة في عدد كبير من المعززات ويتم تنشيط تلك المعززات عندما يقدم TOP1 فاصلًا أحادي الخيط. [25] يتسبب TOP1 في حدوث فواصل حبلا مفردة في متواليات تنظيمية معينة للحمض النووي المحسن عند الإشارة إليها بواسطة عامل نسخ ارتباط مُحسِّن محدد. [25] ترتبط فواصل Topoisomerase I بعوامل إصلاح مختلفة للحمض النووي عن تلك المحيطة بفواصل TOP2B. في حالة TOP1 ، ترتبط الفواصل بشكل مباشر بإنزيمات إصلاح الحمض النووي MRE11 و RAD50 و ATR. [25]

البحث جار للعثور على جميع المناطق التنظيمية في جينومات جميع أنواع الكائنات الحية. [26] غالبًا ما تحتوي التسلسلات غير المشفرة المحفوظة على مناطق تنظيمية ، ولذا فهي غالبًا موضوع هذه التحليلات.


ما هو صندوق تاتا؟ (مع الصور)

في الكائنات الحية ، يعد نسخ الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) هو الخطوة الأولية اللازمة للتعبير عن الجين. صندوق TATA ، المعروف أيضًا باسم صندوق Goldberg-Hogness ، هو منطقة من الحمض النووي تساعد في بدء عملية النسخ. إنه جزء من منطقة المروج ، التي تنظم التعبير الجيني من خلال توفير موقع ربط للإنزيمات المشاركة في نسخ الجينات. تم العثور على صندوق TATA في حقيقيات النوى - الكائنات الحية التي لها هياكل معقدة مرتبطة بأغشية داخل خلاياها - بما في ذلك البشر.

يتكون الحمض النووي من نيوكليوتيدات ، وحدات هيكلية متكررة تأتي في أربعة أنواع: القواعد النووية الأدينين (A) ، الثايمين (T) ، الجوانين (G) ، والسيتوزين (C). كما تكرر هذه القواعد ، فإنها تشكل أنماطًا ترميز المعلومات الجينية. كما أنها تشكل أزواجًا عن طريق الترابط الكيميائي بطريقة تكميلية ، مع ارتباط الأدينين بالثيمين والجوانين بالسيتوزين. تربط أزواج القاعدة خيطي جزيء الحمض النووي في بنية حلزونية مزدوجة.

عندما يتم نسخ الحمض النووي ، تقوم الإنزيمات بتقسيم اللولب المزدوج إلى الخيوط المكونة له ، مما يعرض الشفرة الوراثية للازدواجية. يتم استخدام كل خيط DNA كنموذج لتركيب خيط من الحمض النووي الريبي (RNA). يبني إنزيم يعرف باسم بوليميراز الحمض النووي الريبي سلسلة الحمض النووي الريبي عن طريق ربط القواعد النووية التكميلية بكل حبلا مكشوف من الحمض النووي.

من أجل نسخ الجينات الكاملة إلى رسول RNA (mRNA) للتعبير النهائي ، يجب أن يبدأ RNA polymerase النسخ عند النقطة الصحيحة في تسلسل الحمض النووي. تتم الإشارة إلى هذه النقطة ، المعروفة باسم موقع البدء ، من خلال منطقة المحفز التي تحدث قليلاً في الجزء العلوي من الجين. صندوق TATA عبارة عن سلسلة من الحمض النووي ، تتكون من Nucleobases TATAAA ، وتقع في منطقة المروج حوالي 25 زوجًا أساسيًا قبل موقع النسخ.

ترتبط البروتينات المعروفة باسم عوامل النسخ بصندوق تاتا. أحد هذه البروتينات ، وهو بروتين ربط TATA (TBP) ، خاص بـ TATA ، في حين أن البعض الآخر قد يكون قادرًا على الارتباط بمناطق غير محفز TATA. إن بوليميراز RNA قادر على التعرف على وجود عوامل النسخ كإشارة للارتباط بهذا الموقع. بعد الارتباط بصندوق TATA ، يكون RNA polymerase في موقع البدء ويمكنه الآن البدء في نسخ الجين.

معظم مناطق محفز الجينات لا تحتوي على صندوق TATA. في الجينات الأقل من TATA ، تتعرف عوامل النسخ على متواليات المحفز الأخرى ويرتبط بوليميريز RNA بها بدلاً من ذلك. اكتشف الباحثون اختلافات في التنظيم بين الجينات التي تحتوي على صندوق TATA وتلك التي لا تحتوي على صندوق TATA من خلال دراسة الكائنات الحية النموذجية مثل السكريات الخميرة وذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة.


كيف يحدد نسخ الحمض النووي الريبي أي نصف من الحمض النووي يجب استخدامه؟ - مادة الاحياء

ما هي الطفرة التنظيمية؟

تحتوي جميع الخلايا في الكائن الحي على نفس الجينوم - أي نفس الجينات مرتبة في نفس الترتيب على طول نفس الكروموسومات. هذا تعميم - يتم إعادة ترتيب بعض الجينات داخل خلايا معينة ، لكن هذا هو الاستثناء وليس القاعدة. على سبيل المثال ، يتم إعادة ترتيب الجينات المشفرة للجلوبيولينات المناعية (جزيئات الجسم المضاد) في الخلايا الليمفاوية البائية ، وهذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء هياكل جديدة للأجسام المضادة استجابة للغزو الجديد للفيروسات أو الكائنات الحية. أيضًا ، غالبًا ما يتم كسر الكروموسومات وإعادة الالتحام الشاذ في الخلايا السرطانية. وبالطبع ، تحتوي الخلايا الجرثومية (الحيوانات المنوية والبويضات) فقط على نصف عدد الكروموسومات كخلايا جسدية (جسم) طبيعية.

ومع ذلك ، تحتوي معظم الخلايا على دنا متطابق. ما يجعل نوعًا ما من الخلايا مختلفًا عن الآخر ليس الجينات التي تحتويها ولكن أي من هذه الجينات يعبر عنها - أي الجينات التي تنسخها إلى الحمض النووي الريبي ، ثم تُترجم إلى بروتين. تختلف الخلية العضلية عن الخلايا العصبية في عدد كبير من البروتينات والبروتينات المكونة لها. على سبيل المثال ، تنسخ الخلية العضلية ترميز الجينات للأكتين العضلي والميوسين ولكن ليس الجين الذي يشفر الخيوط العصبية ، والعكس صحيح بالنسبة للخلية العصبية. ما الذي يحدد ما إذا كان جين معين قد تم نسخه أم لا؟ هذا يعتمد إلى حد كبير على البروتينات الأخرى الموجودة في الخلية - على وجه الخصوص ، البروتينات التي تُعرف مجتمعة باسم عوامل & quottranscription & quot.

يتكون كل جين من تسلسل تشفير البروتين ، والذي قد يكون متجاورًا أو مقسمًا إلى سلسلة من exons و introns ، والذي يبدأ بكودون START (ATG) وينتهي بكودون STOP (TAA أو TAG أو TGA). بصرف النظر عن هذا ، يجب أن يمتلك الجين التسلسلات التنظيمية المرتبطة بها. هذه امتدادات من الحمض النووي التي لا ترمز نفسها للبروتين ولكنها تعمل كمواقع ربط لبوليميراز الحمض النووي الريبي وجزيئاته الملحقة بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من عوامل النسخ. تعمل التسلسلات التنظيمية مع البروتينات المرتبطة معًا كمفاتيح جزيئية تحدد حالة نشاط الجين - على سبيل المثال OFF أو FULL-ON أو ، في كثير من الأحيان ، شيء ما بينهما. التسلسلات التنظيمية تشمل المروجين المنطقة مع محسن عناصر.

يحتوي كل جين على محفز ، وهو موقع الارتباط لجهاز النسخ الأساسي - بوليميراز الحمض النووي الريبي والعوامل المساعدة له. يوفر هذا الحد الأدنى من الآليات اللازمة للسماح بنسخ الجين. تم العثور على مناطق المحسن على مسافة من المحفز ، إما إلى 5 'أو 3' جوانب من الجين أو داخل الإنترونات. عادةً ما تكون امتدادات قصيرة من الحمض النووي (200 نقطة أساس ، على سبيل المثال) ، يتكون كل منها من مجموعة من التسلسلات الأقصر (25 نقطة أساس ، على سبيل المثال) التي تمثل مواقع الربط لمجموعة متنوعة من عوامل النسخ الخاصة بالخلية أو المنطقة. بمجرد الارتباط ، تتفاعل معقدات عامل النسخ هذه مع آلية النسخ القاعدية في المروج لتعزيز (أو في بعض الأحيان تقليل) معدل نسخ الجين. هذه التفاعلات ممكنة بسبب الطبيعة المرنة للحمض النووي التي تسمح للمُعزِّزات بالاقتراب من المحفز عن طريق حلقة الحمض النووي بينهما (انظر الرسم البياني أدناه).

يمكننا التفكير في وظيفة تنشيط المعززات على النحو التالي. يشبه ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي وآلية النسخ القاعدية في محفز الجينات تشغيل المحرك والسماح له بالتباطؤ في الوضع المحايد. عندما تتفاعل عوامل النسخ التكميلية المرتبطة بعناصر المحسن مع الماكينة الأساسية ، فإن الأمر يشبه وضع المحرك في وضع الترس والابتعاد عن الرصيف. (بدلاً من ذلك ، بالنسبة لموقع القامع ، فهو يشبه وضع فرملة اليد.)

في كثير من الأحيان ، يخضع جين معين لتنظيم معقد. بمعنى أنه قد يتعين نسخها في أوقات مختلفة وفي أماكن مختلفة أثناء التطور ، أو استجابة لمحفزات مختلفة خارج الخلية. في السياق الحالي (ذبابة الفاكهة التطور الجنيني) رأينا أن جينات التجزئة يتم التعبير عنها وفقًا لموقعها في الجنين. مثال على ذلك هو حتى تخطي (حواء) ، وهو جين ذو قاعدة زوجية يتم نسخه في طفيليات جنينية بديلة لتوليد نمط حمار وحشي من سبعة خطوط. حالة النسخ من حواء الجين - سواء كان قيد التشغيل أو إيقاف التشغيل وفقًا للظهور الذي نحن فيه - يخضع لسيطرة سلسلة من عناصر المحسن ، واحد لكل شريط. يحتوي كل عنصر مُحسِّن على مواقع ربط للمنتجات الجينية للتجزئة الأولية مثل Bicoid و Kruppel (والتي ، كما ستتذكر ، هي نفسها عوامل نسخ). وبالتالي ، فإن الكوكبة الخاصة من جينات التأثير الأمومي وجينات الفجوة والجينات الأخرى ذات القاعدة الزوجية التي يتم التعبير عنها في جزء معين تحدد ما إذا كان أحد عناصر المحسن مشغولًا بالكامل أم لا ، وبالتالي ما إذا كان حواء يتم تنشيط النسخ الجيني أم لا في هذا الطفيل. يمكن إثبات خصوصية المعززات بإزالة واحد منهم فقط (العنصر الذي يحدد الشريط 2 ، على سبيل المثال) وإدخاله في اتجاه المنبع لجين مراسل مثل البكتيرية بيتا جالاكتوزيداز (Bgal). عندما يتم إدخال هذا في الجنين ، يتم التعبير عن Bgal في شريط واحد فقط - في موضع حواء شريط 2. بدلاً من ذلك ، يمكن حذف عناصر مُحسِّن معينة من الوضع الطبيعي حواء الجين ، مما أدى إلى حذف الشرائط المقابلة من حواء التعبير. تسمى هذه الطفرة - فقدان عنصر مُحسِّن - أ تنظيمي طفره. إنه يؤثر على التنظيم المكاني أو الزمني للجين دون التسبب في خسارة عالمية للمنتج الجيني.

يُظهر الجزء العلوي من هذا الرسم البياني جزءًا من المنطقة التنظيمية لـ حواء الجين - الجزء الأقرب إلى موقع بدء النسخ (السهم الأحمر). يوجد في هذه المنطقة ثلاثة عناصر مُحسِنة تتحكم حواء التعبير في خطوط 2 و 3 و 7. العناصر الأخرى ، غير الموضحة في الرسم التخطيطي ، تقع بعيدًا عن موقع بدء النسخ (إلى اليسار) والتحكم حواء التعبير في شرائط 1،4،5 و 6. حذف عناصر المنبع هذه وترك العناصر الموضحة في الرسم البياني فقط يؤدي إلى ظهور نمط التعبير الموضح أعلى اليمين - الخطوط 2 و 3 و 7. أخذ عنصر واحد فقط ، وهو الشريط 2 ، وربطه بجين المراسل يعطي النمط الموضح أعلاه - الشريط 2 فقط. البرية من النوع حواء يظهر نمط التعبير أعلى اليسار. (من جيلبرت ، علم الأحياء التطوري ، الطبعة الرابعة ، الفصل 15 ، ص 549 وألبرتس وآخرون. البيولوجيا الجزيئية للخلية ، الطبعة الثالثة ، الفصل 9 ، ص 428)

ينطبق الشيء نفسه على تنظيم مجمع Bithorax. نسخ Ubx, عبد أ و عبد- ب يتم التحكم فيه من خلال سلسلة من العناصر المُحسِنة ، كل منها خاص بطفيل معين. فقدان أحد Ubx معززات يؤدي إلى فقدان Ubx التعبير من التطفل المقابل وتحول تلك الطفلة. طفرات BX-C التي التقطها لويس في شاشته الجينية (bx, مقسم, bxd, iab2 إلخ) تتحول إلى طفرات تنظيمية من هذا النوع. على سبيل المثال، bxd ضوابط Ubx يؤدي التعبير في طفرات A1 ​​لـ bxd إلى فقدان تعبير Ubx في A1 والتحول المثلي من A1 إلى T3). وبالتالي ، فإن التحولات في هوية القطعة ناتجة عن تعديلات دقيقة ومحددة للظهور على أنماط التعبير لـ Ubx, عبد أ أو عبد- ب، وليس فقدان كامل للبروتينات المشفرة.


سوف تظهر التكنولوجيا الجديدة كيف ينظم الحمض النووي الريبي نشاط الجينات

الشكل 1. التعبير الجيني (أ): يتم نسخ تسلسل الحمض النووي للجين لعمل جزيء RNA (النسخ) ، ثم يتم فك تشفير (ترجمة) تسلسل الحمض النووي الريبي لبناء جزيء بروتين. (ب) داخل نواة الخلية ، يتم تعبئة جزيء الحمض النووي بواسطة بروتينات خاصة في الكروماتين ، والتي تشكل كروموسوم الائتمان: جدول الكود الجيني ، ومخطط الكروماتين من قاعدة بيانات مخطط الأسلاك. الائتمان: معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا

كان اكتشاف عدد كبير من الحمض النووي الريبي طويل الأمد غير المشفر للبروتين ، والمعروف أيضًا باسم lncRNAs ، في جينوم الثدييات مفاجأة كبيرة لمشروعات الجينوم واسعة النطاق الأخيرة. طور فريق دولي يضم خبيرًا في المعلومات الحيوية من مركز أبحاث التكنولوجيا الحيوية التابع لأكاديمية العلوم الروسية ومعهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا طريقة موثوقة لتقييم دور هذه الحمض النووي الريبي. تسمح التقنية الجديدة والبيانات التي تم الحصول عليها معها بتوليد فرضيات مهمة حول كيفية تكوين الكروماتين وتنظيمه ، بالإضافة إلى تحديد الوظائف المحددة لـ lncRNAs.

المقدمة في اتصالات الطبيعة، تسمى هذه التقنية RADICL-seq وتمكن من رسم خرائط شاملة لكل RNA ، يتم التقاطها أثناء التفاعل مع جميع المناطق الجينومية التي تستهدفها ، حيث من المحتمل أن تكون العديد من RNAs مهمة لتنظيم الجينوم وصيانة البنية.

تنظيم الجينات والجينات

كان يعتقد سابقًا أن الحمض النووي الريبي يعمل في الغالب كوسيط في بناء البروتينات استنادًا إلى قالب الحمض النووي (الشكل 1 أ) ، مع استثناءات نادرة جدًا مثل الحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، مع تطور التحليل الجينومي ، اتضح أنه ليست كل مناطق الحمض النووي ترمز للحمض النووي الريبي ، وليست جميع الرنا المنسوخة تشفر البروتينات.

على الرغم من أن عدد الرنا غير المشفر وتلك التي تشفر البروتينات هو نفسه تقريبًا ، فإن وظيفة معظم الرنا غير المشفر لا تزال غير واضحة تمامًا.

كل نوع من الخلايا له مجموعته الخاصة من الجينات النشطة ، مما يؤدي إلى إنتاج بروتينات معينة. هذا يجعل خلية دماغية مختلفة عن خلية دم نفس الكائن الحي - على الرغم من أن كلاهما يشتركان في نفس الحمض النووي. توصل العلماء الآن إلى استنتاج مفاده أن الحمض النووي الريبي هو أحد العوامل التي تحدد الجينات التي يتم التعبير عنها أو النشطة.

من المعروف أن RNAs الطويلة غير المشفرة تتفاعل مع الكروماتين - DNA معبأ بإحكام بالبروتينات (الشكل 1 ب). الكروماتين لديه القدرة على تغيير شكله ، أو "شكله" ، بحيث تكون جينات معينة إما مكشوفة للنسخ أو مخفية. تساهم RNAs الطويلة غير المشفرة في تغيير التشكل هذا والتغيير الناتج في نشاط الجين من خلال التفاعل مع مناطق كروماتين معينة. لفهم الإمكانات التنظيمية لـ RNA - بالإضافة إلى كونه نموذجًا لتخليق البروتين - من المهم معرفة منطقة الكروماتين التي يتفاعل معها أي RNA معين.

الشكل 1 ب. التعبير الجيني (أ): يتم نسخ تسلسل الحمض النووي للجين لعمل جزيء RNA (النسخ) ، ثم يتم فك تشفير (ترجمة) تسلسل الحمض النووي الريبي لبناء جزيء بروتين. (ب) داخل نواة الخلية ، يتم تعبئة جزيء الحمض النووي بواسطة بروتينات خاصة في الكروماتين ، والتي تشكل كروموسوم الائتمان: جدول الكود الجيني ، ومخطط الكروماتين من قاعدة بيانات مخطط الأسلاك. الائتمان: معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا

تتفاعل RNAs مع الكروماتين داخل نواة الخلية عن طريق الارتباط بالبروتينات المرتبطة بالكروماتين التي تطوي جزيء DNA. هناك العديد من التقنيات التي يمكنها تعيين تفاعلات كروماتين RNA. ومع ذلك ، كل منهم لديهم قيود كبيرة. تميل إلى تفويت التفاعلات ، أو تتطلب الكثير من مواد الإدخال ، أو تعطل البنية النووية.

لمعالجة أوجه القصور هذه ، قدم فريق بقيادة RIKEN طريقة جديدة: RNA و DNA Interacting complexes المترابط والمتسلسل ، أو RADICL-seq باختصار. تنتج هذه التقنية نتائج أكثر دقة وتحافظ على الخلايا سليمة حتى يتم ربط ملامسات RNA والكروماتين.

الفكرة الرئيسية لطريقة RADICL-seq هي كما يلي. أولاً ، يتم ربط الحمض النووي الريبي (RNA) بالبروتينات الموجودة بالقرب منه في نواة الخلايا مع الفورمالديهايد. ثم يتم تقطيع الحمض النووي إلى أجزاء عن طريق هضمه ببروتين خاص. بعد ذلك ، تستخدم التقنية علاج RNase H لتقليل محتوى RNA الريبوسومي ، وبالتالي زيادة دقة النتيجة. بعد ذلك ، باستخدام محول الجسر (جزيء ذو نهايات أحادية السلسلة ومزدوجة تقطعت بهم السبل) يتم ربط الدنا القريب والحمض النووي الريبي (الشكل 2 أ). بعد عكس الروابط المتقاطعة ، يتم تحويل الوهم RNA-adaptor-DNA إلى DNA مزدوج الشريطة للتسلسل (الشكل 2 ب) ، للكشف عن تسلسل الحمض النووي الريبي والحمض النووي المترابط.

  • الشكل 2 أ. التفاعلات في نواة الخلية (أ): تم تصوير الحمض النووي الريبي باللون الأحمر ، مع إظهار الحمض النووي كخطوط مزدوجة سوداء وجزيء متصل باللون الأزرق الداكن. تمثل الدوائر الزرقاء الفاتحة البروتينات. النقطة السوداء هي جزيء يسمح بتمييز هجين DNA-RNA في المحلول. يتم توفير التفسيرات في النص. ردود الفعل في المحلول (ب): إزالة البروتين ، تخليق الخصلة الثانية ، القص إلى الحجم المحدد مسبقًا ، إضافة التسلسلات المستخدمة في التعرف والتسلسل Credit: Alessandro Bonetti et al./Nature Communications. الائتمان: معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا
  • الشكل 3. أنماط تفاعل كروماتين الحمض النووي الريبي غير المشفرة: Neat1 (أ ، ب) و Fgfr2 (ج ، د) في الخلايا الجذعية الجنينية للفأر (مسك) وخلايا السلف قليلة التغصن بالماوس (mOPC). يأتي Neat1 و Fgfr2 من الكروموسوم رقم 18 و 7 ، على التوالي الائتمان: Alessandro Bonetti et al./Nature Communications

فك ترميز noncoding

بالمقارنة مع الطرق الأخرى الحالية ، قامت RADICL-seq بتعيين تفاعلات RNA-chromatin بدقة أعلى. علاوة على ذلك ، سمحت الدقة الفائقة للتقنية للفريق باكتشاف تفاعلات الكروماتين ليس فقط مع عدم الترميز ولكن أيضًا مع RNAs المشفرة ، بما في ذلك تلك الموجودة بعيدًا عن موضع النسخ. أكد البحث أن RNAs الطويلة غير المشفرة تلعب دورًا مهمًا في تنظيم التعبير الجيني الذي يحدث على مسافة كبيرة من الجين المنظم.

يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية لدراسة تفاعلات كروماتين الحمض النووي الريبي الخاصة بنوع الخلية. أثبت العلماء ذلك من خلال النظر في اثنين من الحمض النووي الريبي غير المشفر في خلية فأر ، من المحتمل أن يكون أحدهما مرتبطًا بالفصام. وجدوا أن نمط التفاعل بين الكروماتين والرناوات في خليتين مختلفتين - الخلية الجذعية الجنينية والخلية السلفية قليلة التغصن - مرتبط بالتعبير الجيني التفضيلي في تلك الأنواع من الخلايا (الشكل 3).

تعني مرونة الطريقة الجديدة أنه يمكن للعلماء جمع معلومات بيولوجية إضافية عن طريق تعديل التجربة. على وجه الخصوص ، يمكن لهذه التقنية أن تجعل من الممكن تحديد تفاعلات RNA-DNA المباشرة التي لا تتوسط فيها بروتينات الكروماتين. أظهر التحليل الذي أجراه خبراء المعلومات الحيوية من مركز أبحاث التكنولوجيا الحيوية و MIPT أنه ليس فقط التفاعلات الحلزونية المزدوجة القياسية بين DNA و RNA ولكن أيضًا تلك التي تتضمن ثلاثي RNA-DNA يمكن أن تشارك في تنظيم الجينات. أيضًا ، تسلط مثل هذه التفاعلات الضوء على أهمية الحمض النووي الريبي غير المشفر في استهداف البروتين لمواقع جينية معينة.

"نحن نخطط لإجراء مزيد من الأبحاث حول دور الحمض النووي الريبي في تنظيم التعبير الجيني ، وإعادة تشكيل الكروماتين ، وفي النهاية ، هوية الخلية. ونأمل أن نكون قادرين على تنظيم الجينات باستخدام هذه الحمض النووي الريبي غير المشفر في المستقبل القريب. هذا يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص في علاج الأمراض ، "كما تقول يوليا ميدفيديفا ، التي تقود مجموعة النسخ التنظيمية وعلم الوراثة في مركز أبحاث التكنولوجيا الحيوية ، RAS ، وترأس مختبر المعلوماتية الحيوية لتقنيات الخلايا في MIPT. تدير أيضًا مشروع المنحة المدعوم من مؤسسة العلوم الروسية ، التي شاركت في تمويل الدراسة.


أين يحدث النسخ؟

يحدث النسخ في نواة الخلية ويبدأ عندما يرتبط إنزيم يسمى RNA polymerase بجزء من الحمض النووي الذي يحتاجه ويفتح اللولب المزدوج. يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي في منطقة تسمى المحفز ، وهي عبارة عن مسافة قصيرة & # 8220 تيار & # 8221 من الجين نفسه. تم العثور على تسلسل المروج على خيط واحد فقط & # 8211 وهذا لا يشير فقط إلى مكان بدء النسخ ولكن أيضًا إلى أي خيط من الحمض النووي يجب استخدامه.

أين يحدث النسخ؟

يتم النسخ في نواة الخلية & # 8217s.

يبدأ RNA polymerase في بناء خيط من mRNA باستخدام DNA كقالب. وبالتالي ، فإن حبلا الحمض النووي المستخدم يسمى حبلا القالب ويطلق على الخيط غير المستخدم اسم حبلا الترميز (الذي يحتوي على الجين نفسه). يتكون mRNA باستخدام الاقتران الأساسي التكميلي. عندما يتم فك حبلا DNA وتكشف قواعده ، يتم وضع قاعدة RNA المقابلة في مكانها بواسطة RNA polymerase. يتزاوج الأدينين دائمًا مع الثايمين (أو اليوراسيل ، في حالة الحمض النووي الريبي) ، ويقترن السيتوزين دائمًا مع الجوانين. لذلك ، إذا كان شريط قالب الحمض النووي يقول A T C G A T C G ، فإن RNA سيقرأ U A G C U A G C.

يستمر بوليميراز الحمض النووي الريبي في بناء خيط من الرنا المرسال حتى يجد تسلسل فاصل في نهاية الجين. ثم يترك الإنزيم خيط الحمض النووي ، وهو الآن حر في نسخ جين آخر.

تحتاج بعض سلاسل mRNA إلى تعديلات قبل أن تتمكن من ترك النواة: 1) يتم وضع a & # 8220cap & # 8221 في أحد طرفيها ، 2) تتم إضافة سلسلة من حوالي 200 adenines إلى الطرف الآخر ، و 3) متواليات غير مهمة ، تسمى introns ، هي إزالة. بمجرد اكتمال هذه التعديلات ، يكون mRNA جاهزًا للتوجه إلى الخلية للترجمة.

لا يوجد تدقيق إملائي أو مراقبة جودة ، لذا تحدث أخطاء كثيرة. ومع ذلك ، فإن mRNA والبروتينات التي تتكون منها يتم تفكيكها بسهولة وإعادة تصنيعها إذا كانت غير صحيحة في المرة الأولى.


كيف يحدد نسخ الحمض النووي الريبي أي نصف من الحمض النووي يجب استخدامه؟ - مادة الاحياء

1. ما هو فقر الدم المنجلي؟

أ الجين هو جزء من الحمض النووي يرمز إلى بروتين أو سمة .. يمكن أن تكون الجينات بأي طول وأحيانًا تتضمن أقسامًا متعددة من الحمض النووي. يوفر جين HBB تعليمات لصنع بروتين يسمى بيتا غلوبين وهو جزء من بروتين كبير يسمى الهيموغلوبين الموجود في خلايا الدم الحمراء. يمكن لكل بروتين من بروتين الهيموغلوبين أن يحمل أربعة جزيئات من الأكسجين ، والتي يتم توصيلها إلى أعضاء وأنسجة الجسم.

إذا لم يكن لدى الشخص ما يكفي من خلايا الدم الحمراء أو إذا كانت الخلايا لا تعمل بشكل صحيح ، فقد تُحرم الأعضاء من الأكسجين. هذا الشرط يسمى فقر دم. قد يشعر الشخص المصاب بفقر الدم بالتعب طوال الوقت ، ويواجه صعوبة في التنفس ، وتشنجات في الساق ، ودوخة.

هناك نوع واحد من فقر الدم يرتبط بشكل بروتين HBB. عندما يكون لدى الشخص فقر الدم المنجلييشكل بروتين الهيموجلوبين سلاسل طويلة تغير شكل خلايا الدم الحمراء. بدلاً من هيكل على شكل قرص يتحرك بسهولة عبر الأوعية الدموية ، تتشكل خلايا الدم المنجلية مثل الموز. السبب في أن لديهم شكل منجل هو أن الجين الأساسي لديه تعليمات خاطئة. يتم انسداد خلايا الدم المشوهة هذه في الأوعية وليس لديها متوسط ​​العمر المتوقع لخلايا الدم الطبيعية. يعاني الشخص المصاب بمرض فقر الدم المنجلي من التعب (الشعور بالتعب) ويعاني من نوبات من الألم الشديد ، تسمى أزمة الألم. يمكن لخلايا الدم المنجلية التي تسد الأوعية الدموية في الدماغ أن تسبب السكتة الدماغية.

فقر الدم المنجلي مرض يهدد الحياة ويصيب حوالي 100.000 أمريكي. إنه مرض وراثي ينتقل من الآباء إلى أطفالهم ، ولكن يمكن أن ينتقل الآباء ناقلات من الجين وليس لديهم أي أعراض. إذا كان كلا الوالدين حاملين للعدوى ، فإن أطفالهم لديهم فرصة بنسبة 25٪ للإصابة بفقر الدم المنجلي.

1. ما هو الجين؟ _________________________________________

2. ما هو الهيموجلوبين؟ _________________________________________

3. كيف تختلف خلية الدم المنجلية عن الخلايا الطبيعية؟ __________________________

4. لماذا خلايا الدم بالشكل الخاطئ؟ ___________________________

5. ما هي أعراض فقر الدم المنجلي؟ ___________________________

6. ما هو الناقل؟ ______________________________

ثانيًا. كيف يصنع الحمض النووي البروتين

تذكر أن الحمض النووي يحتوي على أربع قواعد: Adenine و Guanine و Cytosine و Thymine. تسلسل A و T و G و C هو ما يحدد البروتين الذي تم إنشاؤه. Each set of three bases will code for a single amino acid. البروتينات are simply chains of amino acids. To make proteins, DNA must send its code sequence to the ribosomes in the cell, but it needs a messenger to do that. النسخ is the process where DNA is converted to a molecule of messenger RNA (mRNA). The mRNA is then used to build a protein like hemoglobin.

CODON CHART

To determine the amino acid sequence of the gene, you must transcribe the DNA to RNA. The base pair rule is used to create RNA, but RNA does not contain thymine, it contains URACIL instead. This is why codon charts have U's in them and no T's.

A codon chart tells you what bases in RNA code for what amino acids. The ribosome combines all the amino acids to create a single protein, like hemoglobin. It takes three bases to determine one amino acid. Amino acids are usually abbreviated. GUC makes the amino acid valine, abbreviated as "Val" on the chart.

Here is how the codon chart could be used to determine the amino acid sequence:

DNA: A A T C A G → (DNA sequence of gene)
RNA: U U A G U C (transcribed from RNA follow base pair rule, no T's)
Amino Acids: Leu Val (find on codon chart)

7. In order to make a protein, the message on DNA must be converted to what? ___________

8. How many bases in DNA are needed to code for a single amino acid? _________

9. What is a protein? _________________________________________________

10. . What base is found in RNA, but not DNA? ________

11. Consider the sequence shown, determine the complementary RNA and the amino acids

الحمض النووي T A C G T A T T T G C A C A C
RNA
أحماض أمينية

ثالثا. A Change in DNA Can Change the Protein

Sometimes, one of the letters in DNA gets switched with another letter, causing a mutation in the DNA. Many mutations don't have any effects, but some will change the amino acid made by the ribosomes. In the case of sickle cell anemia, just a single letter change alters the shape of the hemoglobin protein.

12. Use the codon chart to determine the amino acids created from each DNA.

13. What codon in the sickle cell DNA is altered? ___________________ (1st, 2nd, or 3rd)

14. What happens in people that have this difference in their DNA? ____________________

15. Explain how it would be possible to have a change in a single base of DNA, but have the protein NOT change and be functional. Hint: look at the codon chart.

TED-Ed Video on Sickle Cell (

/> هذا العمل مرخص بموجب رخصة المشاع الإبداعي Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


Programming

Before we dive straight into the code let’s do a brief overview of the inputs, outputs, and algorithm for converting a template DNA strand into an RNA strand.

Input (dna_strand)

Our input is a 5′ to 3′ DNA strand. In programming terms this is a String consisting of the characters ‘A’, ‘C’, ‘T’, or ‘G’

Output (rna_strand)

Our output is a 3′ to 5′ RNA strand. That is we will have a String consisting of the characters ‘A’, ‘C’, ‘U’, or ‘G’

Algorithm

This algorithm simply goes through each nucleotide (character) in our DNA strand and replaces it with the appropriate base for the RNA strand. For those familiar with Python this code will look very straight forward, and will even work in Python with slight modifications. Below I will give a Python implementation and Javascript implementation of this algorithm.


Transcription of DNA

النسخ describes the process by which the genetic information contained within DNA is re-written into messenger RNA (mRNA) by RNA polymerase. This mRNA then exits the nucleus, where it provides the basis for the ترجمة من الحمض النووي. By controlling the production of mRNA in the nucleus, the cell regulates the rate of gene expression.

In this article we will look at the process of DNA transcription, including the post-transcriptional modification of mRNA and its importance.


شاهد الفيديو: تضاعف DNA ونسخ RNA (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Willoughby

    نعم ، هذا بالتأكيد .....

  2. Caldwiella

    ما الكلمات ... الخيال

  3. Skelton

    أتمنى ألا يكون لي أي طريقة

  4. Leyati

    آسف للمقاطعة ... أنا هنا مؤخرًا. لكن هذا الموضوع قريب جدًا مني. جاهز للمساعدة.



اكتب رسالة