בקרת גנים

ויסות ביטוי גנים על ידי קולטן הורמון
ויסות ביטוי גנים על ידי קולטן הורמון

בקרת גנים הוא כינוי למגוון מערכות ביוכימיות שונות, המצויות בכל האורגניזמים, ומפקחות על התבטאות הגנים, לפי צורך התא והאורגניזם כולו. מערכות בקרת הגנים קובעות איזה גן יבטא התא, באיזה רמה, איזה גן ביטויו יפסק ומהו התזמון המדויק בו על התא לבטא את הגן. בקרת הגנים אף מווסתת את קצב ייצור התוצרים המבטאים את הגנים, לפי הצורך. ניתן לווסת כל שלב בתהליך ההתבטאות - החל מתחילת השעתוק, עיבוד ה-RNA, ועד לעיבוד החלבונים לאחר התרגום. לעיתים קרובות, בקר של גן מסוים מווסת גם גנים ובקרים נוספים, דבר היוצר רשת גנטית.

מערכות בקרה אלו חיוניות לקיום הבסיסי של כל תא, פרוקריוטי ואיקריוטי כאחד, של האורגניזם כולו, ואף של נגיפים, מכיוון שהמערכות מאפשרות הסתגלות לתנאי הסביבה באמצעות ביטוי תוצרי גנים. בשנת 1951 ברברה מקלינטוק הראתה כי קשר בין שני אזורים בגנום התירס שולטים על צבע הגרגרים. בשנת 1961 ז'אק מונו ופרנסואה ז'קוב פענחו את מנגנון הפעולה של אופרון הלקטוז, לפיו אנזימים מסוימים המעורבים במטבוליזם של לקטוז מבוטאים באי קולי רק בנוכחות לקטוז ובהיעדר גלוקוז.

ביצורים רב תאיים, בקרת גנים מובילה להתמיינות תאים ולמורפוגנזה בעובר, וכך נוצרים סוגי תאים שונים בעלי פרופיל התבטאות גנים שונה זה מזה, מתוך אותו גנום המשותף להם.

מערכות הבקרה נחלקות לשני סוגים עיקריים, על פי אופי השפעתן: מערכות בקרה חיובית ומערכות בקרה שלילית. מערכות בקרה חיובית מגבירות את ייצור תוצרי הגנים, ומערכות בקרה שלילית מדכאות אותו. במערכות הבקרה מולקולות שונות אשר לכל אחת מהן תפקיד מוגדר. לחלבונים המווסתים (Regulatory proteins) תפקיד מפתח במערכות בקרת הגנים של התא. שני חלבונים מווסתים חשובים הם הדכאן (Repressor) והמשרן (Inducer). תפקידו של הדכאן הוא לעכב את ביטוי הגן והוא משמש מרכיב מרכזי של הבקרה השלילית, ותפקידו של המשרן הוא לזרז את ביטויו, והוא מהווה מרכיב מרכזי של מערכות הבקרה החיובית.

שלבים מבוקרים בתהליך התבטאות גנים

כל שלב בתהליך יכול להיות מווסת. להלן רשימה של שלבים העוברים בקרה:

בקרה ברמת ה-DNA

ערכים מורחבים – עיצוב כרומטין, כרומטין#TAD's

באיקריוטים, נגישות ה-DNA תלויה במצב הכרומטין, המושפע מקוד ההיסטונים, ממתילציה של ה-DNA, מפעילות של ncRNA וחלבונים קושרי DNA. דבר זה יכול להשפיע על רמות ההתבטאות של גנים. חלק מהמנגנונים הם תורשתיים, ולכן נחשבים כבקרה אפיגנטית. שעתוק תלוי בארגון ה-DNA. באופן כללי, רמת הדחיסות של ה-DNA מעיד על רמת השעתוק. ה-DNA מלופף סביב היסטונים, אשר נדחסים יחד ובכך חוסמים את הגישה למערכת השעתוק התאית. שינויים בעיבוד זנבות ההיסטונים משפיע על רמת הדחיסות.

נוסף לשינויים המבניים, ה-DNA עצמו יכול לעבור מתילציה. ביצורים אאוקריוטים רבים, הציטוזין באתרי CpG עובר מתילציה, על ידי האנזים מתיל-טרנספרז, והופך ל-5-מתיל-ציטוזין. בדרך כלל, גנים שאזור הקדם שלהם ממותל יהיו מושתקים. הסיבה לכך היא שקבוצת המתיל גורמת להפרעה מרחבית המקשה על פקטורי שעתוק אקטיבטורים (משפעלים) להיקשר ל-DNA. בנוסף, המתילציה מעודדת קישור של חלבוני קישור לאתרי מתיל-CpG ‏(Methyl CpG binding proteins) המשמשים קו-רפרסורים לפקטורי שעתוק שליליים (מעכבים).

בקרה ברמת השעתוק

ערך מורחב – בקרת שעתוק

בקרה ברמת השעתוק מווסתת אילו גנים יעברו התבטאות ובאיזה רמה. גן בודד יכול להיות מבוקר בצורות רבות, כגון שליטה על כמות עותקי ה-RNA שמשועתקים וזמן השעתוק. שליטה זו מאפשר לתא ולאורגניזם להגיב למגוון אותות פנים וחוץ תאיים, כגון שעתוק גן המתאים לצריכת המזון הזמינה. גורמי שעתוק וחלבונים נוספים פועלים יחד כדי לדייק את כמות ה-RNA הנוצר במגוון מנגנונים. לחיידקים ואאוקריוטים יש אסטרטגיות שונות לבקרת שעתוק, אך חלק מן המנגנונים שמורים ביניהם.

בקרה לאחר השעתוק

תאים יכולים לווסת את תהליך התרגום, באמצעות ויסות התהליכים השונים (באיקריוטים): 5' Cap, פוליאדנילציה, שחבור, קצב הסעת התעתיקים מתוך הגרעין.

mRNA יכול להכיל אזורים לא מתורגמים בשני קצותיו. האזור בקצה 3' נחשב לאזור בקרה חשוב, המשפיע על יציבות התעתיק. אזור זה מכיל אתרי קישור ל-microRNA ולחלבונים בקרה נוספים. קישור של microRNA לאתרים אלו מעכב את תהליך התרגום או שולח את התעתיק לפירוק, ובכך מוריד את רמות ההתבטאות של החלבון.

בקרה ברמת התרגום

תהליך התרגום יכול להיות מבוקר בכמה מנגנונים, לרוב הוויסות הוא על תחילת התרגום. ישנם חלבונים רבים קושרי RNA, אשר יכולים לזהות מבנים שניוניים בתעתיק ולווסת את תהליך התרגום.

בקרה בתאים פרוקריוטיים

הבקרה בתאים פרוקריוטיים לרוב פשוטה ופועלת בשיטת "הכל או לא כלום". הבקרה לרוב נעשית באמצעות אופרון ומופעלת על ידי שני גורמים, האחד - חיצוני, והשני - פנימי. דוגמה לכך היא אופרון הלקטוז, האופרון הוא מקטע DNA הכולל כמה גנים המבוקרים יחדיו בשל תפקיד משותף לכולם. תוצרי הגנים, בדוגמה זו, הם אנזימים המשתתפים בתהליך פירוק מולקולות הלקטוז. הגורם החיצוני הם מולקולות הלקטוז היכולות להימצא בסביבה. באופן רגיל, מופעלת בקרה שלילית על ידי חלבון דכאן (Repressor) שהוא תוצר של גן מווסת הנמצא בסמוך לאופרון. החלבון הדכאן נקשר לאזור המפעיל (Operator), לא מאפשר לRNA פולימראז להקשר לקדם, ובכך עוצר את שעתוק הגנים. כאשר מופיעות בסביבה מולקולות לקטוז, הן מתחברות לחלבון הדכאן ובכך משנות את צורתו המרחבית, שאינה מאפשרת לו להתחבר לאזור המפעיל. בשלב זה, הבקרה השלילית מוסרת ושעתוק הגנים מתחיל, נוצרים מולקולות אנזים, ותהליך פירוק הלקטוז מופעל.

באותו האופרון, יכולה להיות מופעלת גם בקרה חיובית, לדוגמה, מולקולות cAMP נוצרות מ-ATP כאשר מוסרות ממנו שתי קבוצות זרחה. מולקולות אלה מצטברות בתא כאשר יש מחסור במקורות אנרגיה. במצב בו כמות הגלוקוז בסביבה ירדה (או כל מקור אנרגיה אחר, להוציא לקטוז), מצטברות מולקולות cAMP בתא, ואלו נקשרות ל"חלבון מפעיל" הקרוי CAP, במצב זה החלבון נקשר לאתר המקדם של האופרון ומחזק את הקשר בין אתר המקדם לפולימראז ה-RNA ומגביר את קצב שעתוק הגנים. כאשר קיימות מולקולות לקטוז בסביבה, הבקרה החיובית משפרת את ניצול הלקטוז, בכך שהיא מגדילה את כמות האנזימים האחראים לפירוקו. כאמור, אם יש מחסור גם במולקולות לקטוז בסביבה, תופעל גם בקרה שלילית והגנים לא ישועתקו.

בקרה בתאים איקריוטיים

המעבר מגן לתוצר חלבוני בתאים איקריוטיים, ובמיוחד ביצורים רב-תאיים, הוא תהליך ארוך ומורכב בעל מספר שלבים, כאשר כל שלב ושלב ניתן לבקרה, והאצת או האטת כל שלב היא בקרה - חיובית או שלילית - על ביטוי הגן שכן כל האטה של שלב זה או אחר בהכרח יעכב את השלב האחרון בשרשרת - יצירת התוצר. על כן בקרת ביטוי הגנים מתרחשת במספר רמות:

  1. ברמת הכרומטין: דחיסות הכרומטין היא גורם המבקר את הביטוי הגנטי שכן כרומטין דחוס לא מאפשר גישה של גורמים שונים ל-DNA; גורמים החיוניים לשעתוק הגנים. בעוד שכרומטין פתוח מאפשר גישה של גורמים אלה. דוגמה נאה לבקרה שלילית מסוג זה היא דחיסת אחד מכרומוזומי ה-X אצל הנשים.
  2. ברמת השעתוק: לגנים רבים אזור מיוחד הקרוי קדם (פרומוטור), קישור של גורמים מפעילים (אקטיבטורים) לאזור הקדם ב-DNA מאפשר שעתוק של הגן וייצור mRNA אשר על פיו ייוצר חלבון. לחלופין קישור של גורמים מעכבים (רפרסורים), לאזור הקדם, לא יאפשרו את שלב יצור ה-mRNA וכך יעכבו את ייצור החלבון המקוּדד על ידי גן זה.
  3. ברמת השחבור: כל mRNA אחרי שהוא מועתק מה-DNA ולפני שהוא מתורגם לחלבון עובר תהליך של עיבוד הקרוי שחבור, בקרה על קצב ויעילות תהליך זה גם היא שלב חשוב בבקרת הביטוי הגנטי.
  4. ברמת יציבות ה-mRNA: יציבות מולקולה זו תלויה בגורמים רבים, למשל נוכחות זנב ה-poly A ואורכו, נוכחות או העדר מולקולות ועוד. אחד הגורמים האלה הוא "הטבעת mRNA imprinting) "mRNA)- חלבונים הנקשרים ל-mRNA בזמן תהליך השעתוק ומשפיעים על מהלך חייו. הטבעה זו מתאמת בין השעתוק לבין פירוק ה-mRNA, ומבקרת את יציבותו בציטופלזמה.[1] גורם נוסף בו תלויה רמת היציבות של ה-mRNA הוא מולקולות ה-miRNA (micro RNA), שהן כלי בקרתי חשוב. על ידי היקשרות ל-RNA, מולקולת miRNA יוצרת הפרעה פיזית לפעילות הריבוזומים ומהווה סימן לפירוק מולקולת ה־mRNA. מסלול הפירוק של ה-mRNA בציטופלזמה מסמל את נקודת סיום חייו, והוא מרכיב חיוני ומבוקר במערכת ביטוי הגנים. התיאום בין שעתוק לפירוק מאפשר תגובת ביטוי גנים מתמשכת, כאשר ביטוי הגנים מגיב לסימנים תאיים וסביבתיים על ידי שינויים מקבילים בשעתוק ובפירוק mRNA. ביטוי גנים עודף או חסר עלול להיות הרסני לתאים חיים, לכן חיוני לשמר את רמות ה-mRNA יציבות. תיאום זה משמש גם כאסטרטגיית פיקוח של ה-mRNA. הוא מקטין את הסיכוי לתרגום של חלבונים קטועים ואולי אף רעילים, בכך שהוא מבטיח שהסינתזה ומשך החיים של mRNA לקוי יהיו מינימליים. בנוסף, קצב שעתוק מופחת מפחית את קצב תחלופת ה-mRNA, בעוד שקצב שעתוק מוגבר מגביר את קצב פירוקו. תגובה הדדית זו משמרת את רמות ה-mRNA במצב יציב.[1]

קיימות רמות נוספות וכלים חשובים נוספים רבים המשתנים בין יצורים שונים ובין תאי רקמות שונות.

ראו גם

קישורים חיצוניים

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא בקרת גנים בוויקישיתוף

הערות שוליים

  1. ^ 1 2 Haimovich, G. Choder, M. Singer, RH. Trcek, T, The fate of the messenger is pre-determined: A new model for regulation of gene expression, 2013

Read other articles:

Front Hak Asasi Manusia SipilCivil Human Rights Front民間人權陣線Anggota Front Hak Asasi Manusia Sipil berunjuk rasa di dekat Tsim Sha Tsui pada hari estafer obor Olimpiade Musim Panas 2008SingkatanCHRFTanggal pendirian13 September 2002 (2002-09-13)TipeNGOTokoh pentingJohnson Yeung Ching-yin (楊政賢) (Convener) Icarus Wong Ho-yin (王浩賢) Jimmy Sham (岑子杰) Andrew Shum Wai-nam (沈偉男)Situs webhttp://www.civilhrfront.org/ (Chinese only) Front Hak Asasi Manusia Sipil Ha...

 

2004 2012 Élection présidentielle américaine de 2008 4 novembre 2008 Type d’élection Élection présidentielle[a] Mandat Du 20 janvier 2009 au 20 janvier 2013 Débat(s) 26 septembre 2008[b]3 octobre 2008[c]7 octobre 2008[b]15 octobre 2008[b] Corps électoral et résultats Population 303 486 022 Inscrits 225 499 000 Votants 131 313 820   58,23 %[1],[2],[3]  1,5 Barack Obama – Parti démocrate Colistier : Joe Biden Voix 69&#...

 

† Человек прямоходящий Научная классификация Домен:ЭукариотыЦарство:ЖивотныеПодцарство:ЭуметазоиБез ранга:Двусторонне-симметричныеБез ранга:ВторичноротыеТип:ХордовыеПодтип:ПозвоночныеИнфратип:ЧелюстноротыеНадкласс:ЧетвероногиеКлада:АмниотыКлада:Синапсиды...

この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(このテンプレートの使い方)出典検索?: コルク – ニュース · 書籍 · スカラー · CiNii · J-STAGE · NDL · dlib.jp · ジャパンサーチ · TWL(2017年4月) コルクを打ち抜いて作った瓶の栓 コルク(木栓、...

 

Capo BrettCape BrettRākaumangamangaStato Nuova Zelanda Coordinate35°10′22.44″S 174°19′51.6″E / 35.1729°S 174.331°E-35.1729; 174.331Coordinate: 35°10′22.44″S 174°19′51.6″E / 35.1729°S 174.331°E-35.1729; 174.331 Mappa di localizzazioneCapo Brett Capo Brett (Rākaumangamanga in lingua māori) è un promontorio proteso per circa 10 chilometri nell'oceano Pacifico situato lungo la costa settentrionale dell'Isola del Nord della Nuova Zel...

 

Upper body garment of Vedic period Not to be confused with Uttarayana. Relief depicting men wearing an antariya and an uttariya, 1st century CE. An uttariya (uttarīya) is a loose piece of upper body clothing with its origins in ancient India. It is a single piece of cloth that falls from the back of the neck to curl around both arms and could also drape the top half of the body.[1][2][3][4] An uttariya is similar to a veil, a long scarf and shawl.[5] T...

DctP component of Tripartite ATP-independent periplasmic transporterIdentifiersSymbolDctPPfamPF03480Pfam clanCL0177InterProIPR018389TCDB2.A.56Available protein structures:Pfam  structures / ECOD  PDBRCSB PDB; PDBe; PDBjPDBsumstructure summary DctQ component of Tripartite ATP-independent periplasmic transporterIdentifiersSymbolDctQPfamPF04290InterProIPR007387TCDB2.A.56Available protein structures:Pfam  structures / ECOD  PDBRCSB PDB; PDBe; PDBjPDBsumstructure summaryDctM-li...

 

My Little Pony: The MoviePoster perilisan teaterSutradaraJayson ThiessenProduser Brian Goldner Stephen Davis Marcia Gwendolyn Jones Haven Alexander Skenario Meghan McCarthy Rita Hsiao Michael Vogel Cerita Meghan McCarthy Joe Ballarini BerdasarkanMy Little Pony: Friendship Is MagicPemeran Uzo Aduba Ashleigh Ball Emily Blunt Kristin Chenoweth Taye Diggs Andrea Libman Michael Peña Zoe Saldana Liev Schreiber Sia Tabitha St. Germain Tara Strong Cathy Weseluck Penata musikDaniel IngramSinema...

 

This article is about the year 1809. For the Swedish/Finnish government project, see Year 1809. Calendar year Millennium: 2nd millennium Centuries: 18th century 19th century 20th century Decades: 1780s 1790s 1800s 1810s 1820s Years: 1806 1807 1808 1809 1810 1811 1812 1809 by topic Humanities Archaeology Architecture Art Literature Poetry Music By country Australia Brazil Canada Denmark France Germany New Zealand Norway Russia South Africa Spain Sweden United Kingdom Unite...

  لمعانٍ أخرى، طالع ماونت فيرنون (توضيح). ماونت فيرنون     الإحداثيات 41°55′27″N 91°25′11″W / 41.924166666667°N 91.419722222222°W / 41.924166666667; -91.419722222222   [1] تقسيم إداري  البلد الولايات المتحدة[2][3]  التقسيم الأعلى مقاطعة لين  خصائص جغرافية  المساحة 9.06...

 

Foreign policy doctrine of Ukrainian President Leonid Kuchma Ukrainian President Leonid Kuchma (right) with Russian President Vladimir Putin, 2003. The Multi-Vector Policy supported improved relations between Ukraine and Russia This article is part of a series about Leonid Kuchma Political positions [uk] Family and personal life PA Pivdenmash Ukrainian oligarchs Dnipropetrovsk Mafia 2nd Prime Minister of Ukraine(government) Privatisation [uk] Decrees [uk]...

 

Overview of poverty in Switzerland Poverty in Switzerland refers to people who are living in relative poverty in Switzerland. In 2018, 7.9% of the population or some 660,000 people in Switzerland were affected by income poverty.[1] Switzerland has also a significant number of working poor, estimated at 145,000 in 2015.[2] Historically, Switzerland has been a poor country, especially the Alpine regions. From the 17th century, incipient industrialisation brought wealth to the ci...

Government of Missouri in exile (1861–1865) This article is about the Missouri state government-in-exile between 1861 and 1865. For the ship, see CSS Missouri. For other uses, see Missouri (disambiguation). Confederate States in the American Civil War Alabama Arkansas Florida Georgia Louisiana Mississippi North Carolina South Carolina Tennessee Texas Virginia Dual governments Kentucky Missouri Virginia West Virginia Territory Arizona Territory Allied tribes inIndian Territory Cherokee Chic...

 

Government of the U.S. state of New York The flag of New York The Government of the State of New York, headquartered at the New York State Capitol in Albany, encompasses the administrative structure of the U.S. state of New York, as established by the state's constitution. Analogously to the US federal government, it is composed of three branches: executive, legislative, and judicial. The head of the executive is the governor. The Legislature consists of the Senate and the Assembly. The Unifi...

 

Airport in BembridgeBembridge AirportIATA: BBPICAO: EGHJSummaryAirport typePublicOperatorVectis Gliding Club LtdLocationBembridgeElevation AMSL53 ft / 16 mCoordinates50°40′41″N 001°06′34″W / 50.67806°N 1.10944°W / 50.67806; -1.10944Websitehttp://www.eghj.co.ukMapEGHJLocation on the Isle of WightRunways Direction Length Surface m ft 12/30 827 2,713 Concrete Statistics (2007)Movements13,354Sources: Aerodrome information from Bembridge Airport&...

Экономика Ирана Тегеран — столица Ирана. Здесь сосредоточено 45 % промышленности страны Валюта 1 иранский риал (= 100 динарам) Фискальный год 21 марта — 20 марта (с.х.) Международныеорганизации ОЭС, ОПЕК, ВТО (наблюдатель), ФСЭГ, ШСО и другие Статистика ВВП ▲$1,726 млрд (ППС) (19-...

 

Cet article est une ébauche concernant le rugby à XV. Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants. Stade Antoine-BéguèreEntrée du Stade.GénéralitésNoms précédents Stade municipalStade Lucien-PourxetAdresse 26 Avenue Antoine Béguère 65 100 LourdesFranceConstruction et ouvertureConstruction 1928Rénovation 1947UtilisationClubs résidents Football club lourdais XV Hautes-PyrénéesPropriétaire ...

 

For the Dominican party, see International Communist Party (Dominican Republic). For the French formation, see Internationalist Communist Party (France). For the Trotskyist organization which formerly had the same name, see Socialist Equality Party (UK). For the party which the International Communist Party split off from, see Internationalist Communist Party (Italy). This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remo...

Majority population of Sudan Ethnic group Sudanese Arabsعرب سودانيونSudanese Arab from the tribe of ManasirTotal populationc. 40,000,000+Regions with significant populations Sudan30,000,000[1] Egypt4,635,000[2] Yemen440,000[2] South Sudan348,000[2] Libya230,000[2] Saudi Arabia179,000[2] United Arab Emirates75,000[2] Qatar60,000[2] Oman19,000[2] Turkey9,60...

 

Loose or liquid bowel movements For other uses, see Diarrhea (disambiguation). Medical conditionDiarrheaOther namesDiarrhoea (or diarrhœa)An electron micrograph of rotavirus, the cause of nearly 40% of hospitalizations from diarrhea in children under five[1]SpecialtyInfectious disease, gastroenterologySymptomsLoose frequent bowel movements, dehydration[2]CausesUsually infection (viral, bacterial, parasitic)[2]Risk factorsContaminated food or water[2]Prevention...