تنظيم الانتســــاخ

1-  عند الانتساخ وارتباط RNAP للممهدات التي تختلف فيما بينها في قابلية الارتباط هناك عددا من البروتينات التي تشارك في مجرى عملية الارتباط وهي ترتبط الى مناطق DNA قرب الممهدات مثل الجينات المشغلة Operators وقد تم تصنيف مثل هذه البروتينات الى عدة مجاميع او عوائل مثل LysR family وهي التي تنظم ايض اللايسين او الستيئين والميثايونين في بكتريا E.coli     و V. cholera وأكثر البروتينات المنظمة تعمل ضمن عملية المزاوجة بين التحسس بالمحفز والاستجابة له لذا تكون أغلبها بروتينات ذات فعالية مزدوجة فهي ترتبط الى المشغلات الملائمة اضافة الى ارتباطها الى المنفذات الخاصة وهذه المنفذات هي جزيئات صغيرة مثل السكريات او الحوامض الامينية او غيرها، والبروتينات المنظمة في الحقيقة هي الوستيرية اي انها يمكن ان توجد بتوزيعات فراغية Conformations مختلفة وهذا يؤدي الى امكانية ان تكون لها الفة مختلفة للارتباط الى المشغلات الخاصة بها اضافة الى ارتباطها للمنفذات Effectors، والتراكيز العالية من المنفذات تشجع تكوين معقدات بينها وبين البروتينات المنظمة. والمعقدات الناتجة قد تكون ذات الفة عالية او واطئة للارتباط بالمشغلات اعتمادا على الحالة. ففي حالة التنظيم السلبي تعمل المنفذات بمثابة مواد مساعدة للكابح Corepressor، كما ان المنفذات يمكن ان تعمل كمواد حاثة وتؤدي الى ازالة الكبح Derepression فيما اذا كان بروتين التنظيم الحر يعمل بمثابة كابح.

وفي انظمة التنظيم الموجبة يقوم المنفذ بتحفيز التعبير عن الاوبرون اذا كان معقد المنفذ مع البروتين المنظم هو منظم موجب.

وتستعمل عمليات تنظيم الانتساخ في الفيروسات التي تصيب الخلايا ومنها العاثي λ فان الية Anti-termination تستعمل كآلية تنظيم موجبة للسيطرة على التعبير الجيني. فبعد اصابـــــة E. coli بالعاثي مباشرة فان RNAP وتساعده في استكمال عملية الانتساخ وبذا يستأنف التعبير عن جينات العاثي.

ومن جهة ثانية فان هناك بعض الجزيئات mRNA تخلق باستمرار وبمعدلات ثابتة تقريبا والتي تكون مختلفة بين الخلايا ما يشير الى تفاوت قوة ممهداتها. وكل من الجين الممهد والجين المشغل تقع ضمن الاوبرون ويمكن ان يحصل تداخل في توالياتهم. وارتباط البروتينات المنظمة للمشغل يمكن ان يؤدي الى زيادة عمليات الانتساخ وهو ما يطلق عليه التنظيم الموجب. ولكن في احيان اخرى تؤدي الى خفض معدلات الانتساخ وتدعى السيطرة السالبة، وعندها تدعى البروتينات المنظمة بالكابحات Repressors، ونظرا لكون البروتينات الاخيرة قادرة للانتشار في السايتوبلازم لذلك لا يكون من الضروري ان تكون الجينات التركيبية لها مرتبطة بالاوبرونات المستهدفة لعملها.

2-   اما المرحلة التي تلي عملية بدء الانتساخ فلا تتعرض عادة للتنظيم وتكاد تكون ثابتة.

3-  التوهين Attenuation احدى الاليات التي تنظم بها الاوبرونات وذلك بأنهاء عملية الانتساخ وتنتج جزيئات mRNA غير كاملة او ناضجة وتستعمل بكثرة في الاوبرونات العالمة في مسارات التخليق خاصة عندما تصبح الخلايا غير محتاجة لنواتجه، فعند وجود المادة بكثرة تكبح عملية بدء تكوين النسخ التي بدأت من الممهدات عادة وتنتهي قبل ان يحصل انتساخ كامل للجينات التركيبية، وتزداد هذه فعالية الآلية بزيادة تركيز النواتج عن الحد اللازم الذي تحتاجه الخلايا. وفي هذه الالية يلعب التركيب الثانوي لجزيئة mRNA الدور الأساسي، فجزيئات mRNA تحوي على سلسلة او توالي قائد Leader sequence تقع بين بداية نقطة الانتساخ وبداية الجينات التركيبية. وتكون جزيئات mRNA العاملة في الاوبرونات التي تنظم التوهين ذات صفات معينة فمنطقة السلسلة القائدة يمكن ان تكون تركيب ثانوي، وتكون مميزة الى اربعة مناطق يمكن ان تزدوج مع بعضها كما موضح في الشكل (1) للأوبرون التربتوفان.

شكل 1 : الية التوهين لتنظيم عملية الانتساخ

والسلسلة القائدة يمكن ان تكون احدى التراكيب الثانوية المحتملة الاتية :

يكون موقع للتوقف عند ازواج المنطقة 1 مع 2 وتكوين التركيب الموهن مع ازدواج المنطقة 3 و 4، والقطعة 1 من منطقة التوقف تتداخل مع بعض المناطق المشفرة لاوبرون التربتوفان المنطقة trpL، لذلك فانه عند انتساخ القطعة 1 و 2 فانها تلتحم مباشرة مؤدية الى توقف الانزيم RNAP بشكل مؤقت. اما عند ترجمة الببتيد من trpL فان هذا يؤدي الى اضطراب موقع التوقف المؤقت وتسمح لأنزيم RNAP ليكمل عملية الانتساخ.

وعند وجود التربتوفان فان انتساخ القطع 3 و 4 يؤدي الى تكوين التركيب الموهن والذي يكون عندها الرايبوزوم غالقاً للقطعة 2 مؤديا الى انهاء عملية الانتساخ بواسطة RNAP. اما عند قلة التربتوفان وهذا يعني قلة في او غياب tryptophanyl –tRNA ويتوقف الرايبوزوم عند شفرة التربتوفان عند القطعة 1 وهذا يسمح للقطعة 2 مع 3 لتكون anti – terminator، وبذلك تكون القطعة 3 غير جاهزة للازدواج مع القطعة 4 لتكون التركيب الموهن ويستمر الانزيم RNAP في انتساخ الاوبرون. وبهذه الطريقة فان نقصان التربتوفان او بالأخرى نقصان tryptophanyl –tRNA يرافقه تنظيم انتساخ الاوبرون التخليقي للتربتوفان او اي حامض اميني ينظم بالألية نفسها.

4-      تفكيك جزيئات mRNA تكون في بدائية النواة سريعة والعمر النصفي لها عدة دقائق بعكس الانواع الاخرى مثل tRNA و rRNA التي تكون أكثر ثباتا ولذلك وبالرغم من ان mRNA يخلق بكميات كبيرة الا ان نسبته في الخلية ضئيلة بالنسبة للمجموع الكلي للـ RNA وذلك لتفككه وعند توقف تخليق جزيئات خاصة من mRNA فان السلسلة الببتيدية التي يصنعها تتناقص بسرعة.

5-      استعمال RNA غير الحساس او اللامدرك Antisense RNA، يمكن ان يستعمل في عمليات التنظيم وهو يمثل RNA الناتج من انتساخ الشريط المقابل من DNA الذي انتج منه mRNA. وعند وجوده فانه يقوم بالازدواج مع mRNA المناظر له ويمنع ترجمته لذلك يدخل في عمليات التنظيم ويعد وسيلة فعالة في تحوير نشاط الجينات ويستعمل بشكل فعال في الهندسة الوراثية .

وتستطيع الخلايا التخلص من جزيئات RNA المزدوجة بواسطة الانزيم RNAase H الذي يتعرف عليها، ولذلك يعتقد انه وسيلة دفاعية للخلايا ضد الاصابات بالفيروسات المكونة من اشرطة ثنائية من RNA.

وفي البكتريا يمكن ان تستعمل الالية لتنظيم فعالياتها فمثلا في E. coli فان الغشاء الخارجي لها  يشفر لبعض البروتينات وهي OmpC و OmpF والنسبة بين البروتينين تتأثر بالضغط التنافذي في الوسط المحيط بالخلايا، وعند الحاجة فان mRNA الخاص بـ OmpC تزداد وتقلل كمية الخاص بـ OmpF بواسطة Antisense RNA الذي يطلق عليه micF، وتترجم الجزيئات الخاصة بـ OmpF في حين ان micF يرتبط الى موقع بدء انتساخ OmpF بالاعتماد على قاعدة ازدواج القواعد النتروجينية ويغلق عملية انتساخه وبالتالي ترجمته.

واستعمال Antisense RNA في معالجة السرطان تم اقتراحه لقدرته على تعطيل جين معين دون اخر، لذلك يمكن استعماله لتعطيل جينات السرطانات Oncogenes كما سيأتي ذكره.

وفي الخلايا حقيقية النواة المعقدة التركيب فان عملية الانتساخ وتكوين mRNA تمر بخطوات أكثر اذ تنتج نسخة اولية غير فعالة أولاً hnRNA في النواة وتزال منها الانترونات وتكوين mRNA في النواة ليصدر الى السايتوبلازم – كما مر ذكره – وكل خطوة من هذه الخطوات تكون عرضة للتنظيم.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .