در این مقاله به رونویسی و تنظیم بیان ژن در یوکاریوت ها - نقش آنزیم‌های RNA پلی‌مراز و فاکتور های رونویسی در تشکیل کمپلکس پیش آغازی و عوامل تنظیمی آن ها می پردازیم.

آنزیم‌های RNA پلی‌مراز در یوکاریوت‌ها: نقش و عملکرد

سلول‌های یوکاریوتی (Eukaryotic Cells) با استفاده از سه نوع RNA پلی‌مراز برای انجام فرآیندهای مختلف بیولوژیکی در سیستم‌های خود عمل می‌کنند. در این مقاله به بررسی نقش و عملکرد این سه نوع RNA پلی‌مراز، ویژگی‌های کلیدی ژن‌های یوکاریوتی و مکانیسم‌های تنظیم بیان ژن خواهیم پرداخت.

RNA پلی‌مرازها در یوکاریوت‌ها

1. RNA پلی‌مراز I

RNA پلی‌مراز I مسئول رونویسی RNA ریبوزومی (rRNA) است. این آنزیم به‌طور خاص به تولید rRNAهای 18S، 5.8S و 28S می‌پردازد، اما شامل 5S rRNA نمی‌شود. این rRNAها برای ساخت ریبوزوم‌ها و پروتئین‌سازی در سلول‌ها ضروری هستند.

2. RNA پلی‌مراز II

RNA پلی‌مراز II مسئول رونویسی تمام ژن‌های کدکننده پروتئین و اکثر RNAهای هسته‌ای کوچک (snRNA) می‌باشد. این آنزیم برای تولید mRNA که الگوی ساخت پروتئین‌ها است، بسیار حیاتی است. پروتئین‌های بیان‌شده از این mRNAها نقش‌های مختلفی در متابولیسم و فرآیندهای سلولی ایفا می‌کنند.

3. RNA پلی‌مراز III

RNA پلی‌مراز III به رونویسی ژن‌های tRNA و 5S rRNA می‌پردازد و در تولید برخی از RNAهای غیرکدکننده نیز نقش دارد. این آنزیم برای ترجمه پروتئین‌ها و فرآیندهای بیوسنتزی بسیار مهم است.

نقش یون‌های منیزیم (Mg²⁺)

یون‌های منیزیم در محل کاتالیز (Catalytic Site) RNAP اهمیت دارند. وجود این یون‌ها برای پیوند نوکلئوتیدها به زنجیره RNA در حال رشد ضروری است. آن‌ها به عنوان کاتالیزور در پیوندهای فسفودی‌استر عمل می‌کنند و به این ترتیب فرایند رونویسی را تسهیل می‌کنند.

تنظیم بیان ژن در یوکاریوت‌ها

ویژگی‌های کلیدی ژن‌های یوکاریوتی

ژن‌های یوکاریوتی معمولاً شامل یک پروموتر هسته‌ای و المان‌های تنظیمی هستند که برای تعیین نرخ صحیح رونویسی بسیار مهم‌اند.

پروموتر هسته‌ای

پروموتر هسته‌ای یک توالی کوتاه DNA است که برای آغاز رونویسی اساسی است. معمولاً این پروموتر شامل TATA box (با توالی TATAAA) است که تقریباً 25 جفت باز بالادست محل شروع رونویسی قرار دارد. TATA box نقطه شروع دقیق رونویسی را تعریف می‌کند و عدم وجود آن منجر به عدم تعریف نقاط شروع و شروع‌های متغیر رونویسی می‌شود. پروموتر هسته‌ای به‌تنهایی باعث رونویسی پایه‌ای می‌شود که سطح پایینی از رونویسی را ایجاد می‌کند.

المان‌های تنظیمی

این المان‌ها توالی‌های کوتاه DNA هستند که توانایی RNA پلی‌مراز را برای شناسایی پروموتر هسته‌ای تعدیل می‌کنند. معمولاً در ناحیه −50 تا −100 قرار دارند، اما موقعیت آن‌ها می‌تواند در ژن‌های مختلف به‌طور قابل توجهی متفاوت باشد.

انواع المان‌های تنظیمی

• تقویت‌کننده‌ها (Enhancers): توالی‌هایActivator که رونویسی را تحریک می‌کنند. بدون وجود تقویت‌کننده‌ها، ژن‌های یوکاریوتی معمولاً سطح رونویسی بسیار پایینی خواهند داشت.

• خاموش‌کننده‌ها (Silencers): توالی‌های DNA هستند که با اتصال به فاکتورهای خاص رونویسی، رونویسی را مهار می‌کنند.

این المان‌ها با فاکتورهای رونویسی، پروتئین‌هایی که بر نرخ‌های رونویسی تأثیر می‌گذارند، تعامل دارند.

عناصر سیس-اکشن (Cis-acting) و ترانس-اکشن (Trans-acting)

• عناصر سیس-اکشن: (مانند TATA box، تقویت‌کننده‌ها، خاموش‌کننده‌ها) بر روی همان کروموزومی که ژن‌ها را تنظیم می‌کنند، قرار دارند.

• عناصر ترانس-اکشن: پروتئین‌های تنظیمی هستند که توسط ژن‌های متفاوتی کدگذاری می‌شوند و ممکن است در کروموزوم‌های مختلف قرار داشته باشند.

آغاز رونویسی در ژن‌های کدکننده پروتئین یوکاریوتی

پروتئین‌های دخیل در رونویسی (یوکاریوتی)

• RNA پلی‌مراز II
• فاکتورهای رونویسی عمومی (General Transcription Factors)
• کمپلکس میدیاتور (Mediator Complex)

1. RNA پلی‌مراز II

این آنزیم مسئول پیوند نوکلئوتیدها در جهت 5′ به 3′ با استفاده از DNA به عنوان الگو است. این آنزیم از 12 زیرواحد تشکیل شده و دو بزرگترین زیرواحد آن شبیه به زیرواحدهای β و β′ RNA پلی‌مراز از اشرشیا کلی (E. coli) می‌باشد.

2. فاکتورهای رونویسی عمومی (GTFs)

این فاکتورها برای آغاز رونویسی در پروموتر هسته‌ای بسیار حیاتی هستند.

• TFIID: این فاکتور TATA box را شناسایی و به آن متصل می‌شود که برای شناسایی پروموتر هسته‌ای حیاتی است. TFIID شامل پروتئین‌های مرتبط با TATA (TBP) و عوامل مرتبط با TBP (TAFs) است.

• TFIIB: به TFIID متصل می‌شود و به تسهیل اتصال RNA پلی‌مراز II به پروموتر هسته‌ای کمک می‌کند. TFIIB به اتصال TFIIF نیز کمک می‌کند.

• TFIIF: در تثبیت RNA پلی‌مراز II نقش دارد و به تسهیل اتصال TFIIE و TFIIH به RNA پلی‌مراز کمک می‌کند.

• TFIIE و TFIIH: تکمیل‌کننده توزیع پروتئین‌ها به یک کمپلکس پیش‌آغاز (Preinitiation Complex) هستند.

نتیجه‌گیری

RNA پلی‌مرازها در یوکاریوت‌ها، با توجه به استعدادهای تخصصی‌شان، برای رونویسی انواع مختلف RNA و تنظیم بیان ژن نقش کلیدی ایفا می‌کنند. با درک عمیق‌تری از مکانیسم‌های رونویسی و تنظیم آن، می‌توانیم به شناخت بهتری از فرآیندهای بیولوژیکی و پتانسیل‌های درمانی جدید دست یابیم. به همین دلیل، مطالعه RNA پلی‌مرازها و اجزای دخیل در رونویسی می‌تواند زمینه‌ساز پیشرفت‌های بیشتر در علم ژنتیک و زیست‌شناسی مولکولی باشد.