بیان ژن | قسمت اول

بیان ژن در یوکاریوت ها:

ژن ها توالی DNA هستند که صفات موجود در یک ارگانیسم را با کدگذاری برای پروتئین ها کنترل می کنند. موجوداتی مانند گیاهان و حیوانات ده ها هزار ژن دارند. با این حال، تأثیری که اطلاعات یک ژن می‌تواند روی یک موجود زنده داشته باشد، بسیار زیاد است. بیان ژن فرآیندی است  که طی آن اطلاعات رمزگذاری شده ژن به ساختارهای موجود و فعال در سلول تبدیل می شود.برخی از مولکول های RNA به طور مستقیم عملکردهای سلولی را انجام می دهند در حالی که بسیاری دیگر (RNA های پیام رسان) برای هدایت سنتز پروتئین ها در فرآیندی به نام ترجمه استفاده می شوند.

ژن‌های بیان‌شده شامل ژن‌هایی هستند که به mRNA رونویسی می‌شوند و سپس به پروتئین ترجمه می‌شوند و یا ژن‌هایی که به RNA رونویسی می‌شوند اما به پروتئین ترجمه نمی‌شوند (به عنوان مثال، RNA‌های انتقالی و ریبوزومی).

این یک فرایند حیاتی در سلول به شمار می رود  و یک فرایند چند مرحله ای شامل رونویسی (transcription) ، mRNA Splicing ،ترجمه (Translocation) و تغییرات پس از ترجمه (post translation) می باشد. تمامی این مراحل نشان دهنده انتقال اطلاعات ژنتیکی از نسخه DNA به RNA و در نهایت ارائه ی آن با تولید  پروتئین می باشد. شکل زیر یک شمای کلی و ساده از روند بیان ژن می باشند:

 

رونویسی (transcription) :

در صورتی که به یک پروتئین خاص در سلول  نیاز باشد، فرایند تولید پروتئین با رونویسی آغاز می شود بنابراین رونویسی اولین مرحله در بیان ژن است . هدف از رونویسی ساختن کپی RNA از توالی DNA یک ژن است (ساخت RNA از روی DNA ). در طول رونویسی، معمولاً تنها یک رشته DNA کپی می شود. این رشته،رشته ی الگو (sense) نامیده می شود و مولکول های RNA تولید شده RNA های پیام رسان تک رشته ای (mRNA) هستند. در یوکاریوت ها (ارگانیسم هایی که دارای هسته هستند) محصول اولیه رونویسی پیش mRNA نامیده می شود که قبل از بیان شدن نیاز به گذر از مرحله ی ویرایش دارند.  برای یک ژن کد کننده پروتئین، کپی RNA یا رونوشت، حامل اطلاعات مورد نیاز برای ساختن یک پلی پپتید (پروتئین یا زیرواحد پروتئین) است.

یک ژن متشکل از چندین بخش است که هر کدام بر اساس عملکرد مهم هستند .آنچه در رونویسی مهم است بخشی از DNA است که رونویسی از آن صورت میگیرد و یک بخش تنظیمی که برای تنظیم رونویسی حائز اهمیت می باشد.

شکل زیر ناحیه تنظیم کننده (همچنین به عنوان پروموتر شناخته می شود) حاوی توالی DNA است که در کنترل مکان و زمان روشن شدن ژن ها برای تولید mRNA نقش دارد و ناحیه کد کننده که به عنوان الگو برای تولید مولکول های RNA در فرآیندی به نام رونویسی استفاده می شود را نشان می دهد.

پروموترهای یوکاریوتی بسیار متنوع هستند و مشخص کردن آنها دشوار است، اما هر کدام حاوی یک توالی پروموتور هسته ای هستند که RNA پلیمراز به آن متصل می شود. رایج ترین آنها جعبه TATA است که به دلیل غنی بودن از جفت پایه A-T به این نام خوانده می شود. سیگنال های آغاز و پایان رونویسی در ناحیه ی پروموتوری قرار دارند و این ناحیه ی پروموتری بخش های نوکلئوتیدی خاصی هستند که برای شروع سنتز RNA توسط RNA پلی مرازها شناسایی می شوند. ناحیه ی کد شونده از توالی های نوکلئوتیدی تشکیل شده که از روی آنها اسید آمینه کد می شوند. ناحیه ی کد شونده با کدون آغاز ATG (در RNA می شود AUG) آغاز شده و به یکی از سه کدون پایان ختم می شود. این نواحی کد شونده ی پروتیین را نشان می دهد.

در شکل زیر نواحی غیرکدشونده ای به نام UTR دیده می شود. ناحیه ی ‘UTR5 حاوی توالی هایی به سمت انتهای ‘5 توالی mRNA قبل از کدون شروع است و بعد از کدون توقف ناحیه ی ‘UTR3قرار دارد که این توالی‌ها اغلب می‌توانند برای تنظیم ترجمه، و گاهی اوقات عملکردهای مهمی در تنظیم پایداری رونوشت یا هدایت محلی سازی رونوشت در داخل سلول ها یا حتی گاهی اوقات انتقال بین سلول ها داشته باشند.

رونویسی در یوکاریوت ها به کمک  RNA پلیمراز II صورت می گیرد. RNA پلیمراز II پلیمرازی است که ژن های کدکننده پروتئین را در یوکاریوت ها رونویسی می کند. از دیگر ویژگی آن میتوان به این مورد اشاره کرد که نمی تواند به پروموتر متصل شود و به خودی خود رونویسی را آغاز کند. در عوض، این کار را تنها پس از اینکه عوامل مختلف رونویسی عمومی به پروموتر اصلی متصل شده اند انجام می دهد. فاکتورهای رونویسی عمومی به بیشتر پروموترها متصل می شوند و از فاکتورهای رونویسی که اثرات تنظیمی خاصی فقط در برخی از پروموترها یا کلاس های پروموتور دارند، متمایز هستند.  در یک دیدگاه کلی فرایند رونویسی طی 3مرحله صورت میگیرد که عبارتند از :

  • مرحله ی آغاز: بعد از فراخوان RNA پلیمراز II به ناحیه ی آغاز رونویسی و نیز اتصال سایر فاکتورهای رونویسی به RNA پلیمراز II ،یک حباب همانند سازی شکل گرفته  دو رشته DNA از هم جدا می شوند.
  • طویل سازی (Elongation) : RNA پلیمراز به مسیر خود بر روی ژن ادامه می دهد و به رشته ی RNA نوکلیوتید اضافه کرده و به سمت جایگاه پایان حرکت می کند.
  • پایان (Termination) : RNA پلیمراز II با رسیدن به ناحیه ی پایان رونویسی متوقف می شود و عوامل دیگری به آن ملحق شده و در نهایت حباب رونویسی از بین می رود.