בקרת שעתוק – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ תקלדה
שורה 12:
| • '''[[גורם סיגמא]]''' – גורם משלים (cofactor) ייחודי לחיידקים ודרוש לתהליך אתחול השעתוק, בכך שיוצר קומפלקס עם RNA פולימראז דבר המאפשר קישור ספציפי לקדמים של גנים.
|-
| • '''[[משלים ההפעלה]]''' (coactivator) – חלבון הפועל יחד עם גורמי שעתוק בכדיכדי ''להעלות'' רמות שעתוק של גנים.
|-
| • '''[[משלים הדכאן]]''' (corepressor) – חלבון הפועל יחד עם גורמי שעתוק בכדיכדי ''להוריד'' רמות שעתוק של גנים.
|-
| align=left| <small class="editlink noprint plainlinksneverexpand">[{{SERVER}}{{localurl:Template:Transcription factor glossary|action=edit}} edit ]</small>
שורה 30:
תהליך השעתוק הבסיס של גן חיידקי תלוי בעוצמת הקדם שלו ובנוכחותם של חלבונים מפעילים ודכאנים. בהיעדרם של מרכיבי בקרה נוספים, טיב הקשר בין RNA פולימראז לקדם קובע את רמות השעתוק, והוא תלוי ברצף ה-DNA של קדם הגן. טיב הקשר קשור ל[[רצף הסכמה|רצפי ההסכמה]] שנמצאים בקדם, לפני אתר תחילת השעתוק. ככל שרצף זה דומה יותר לרצף ההסכמה, טיב הקשר עולה.
 
בהיעדרם של מרכיבי בקרה נוספים, ברירת המחדל של שעתוק חיידקים הוא מצב פעיל, שבו מתבצע שעתוק ברמה קבועה. חלבונים מפעילים יעלו את רמת השעתוק וחלבונים דכאנים יורידו אותו. לרוב דכאנים נקשרים לקדמים, ובכך חוסמים פיזית את הגישה ל-RNA פולימראז. דכאן יכול להיקשר לקדם במקביל לקישור של RNA פולימראז ולמנוע ממנו גישה לגדיל השלילי המשמש כתבנית לשעתוק. באיקריוטים לעומת זאת, ברירת המחדל הוא מצב לא פעיל, ונדרשת פעולתם של משלימי ההפעלה הייחודים לגן בכדיכדי לאתחל את תהליך השעתוק.
 
[[גורם סיגמא|גורמי סיגמא]] הם חלבונים ייחודים לחיידקים הנקשרים ל-RNA פולימראז ושולטים על אתחול השעתוק. הם מתווכים שעתוק תלוי רצף, כך שגורם סיגמא שולט על קבוצת גנים מסוימת. לדוגמה, בתגובה לעקה מסוימת, פקטור סיגמא ספציפי יוביל לשעתוק של גנים הנדרשים להתמודדות החיידק עם עקה זו.
שורה 39:
המורכבות של תא בעל גרעין נושאת עימה את הצורך במורכבות בקרת שעתוק. באיקריוטים ישנם מספר סוגים של RNA פולימראזות, שמתמחים בפעילות ובאתרי הבקרה. כל אחד מהם מבוקר באמצעות מנגנונים שונים. ניתן לסווג מנגנוני בקרה של פעילות פולימראזון לשלושה תחומים עיקריים:
* שליטה על נגישות פולימראזות לרצף ה-DNA. שליטה זו כוללת חלבונים [[עיצוב כרומטין|מעצבי כרומטין]], גורמי שעתוק, [[מעצם|מעצמים]], דכאנים ועוד גורמים רבים.
* התארכות תעתיק ה-RNA. לאחר ש-RNA פולימראז נקשר לקדם, נדרשים גורמים שונים בכדיכדי לאפשר לו להשתחרר מהקישור הזה ולנוע לתוך הגן עצמו.
* ניתוק הפולימראז. גורמים שונים נמצאו שולטים על איך ומתי הפולימראז יתנתק מה-DNA, ובכך נקבע גורל התעתיק.
שלוש מערכות אלו פועלים יחד בכדיכדי להגיב לאותות מהתא ולשנות את תוכנית השעתוק בהתאם.
 
בניגוד לשעתוק חיידקי, ברירת המחדל של שעתוק איקריוטי הוא מצב שאינו פעיל, ונדרשת התערבות של גורמים שונים בכדיכדי ליצור תעתיק RNA. ההבדל בברירת המחדל נובע בעיקר מהצורך לדחוס את ה-DNA בתוך [[גרעין התא]], באמצעות ליפופו על גבי [[היסטון|היסטונים]]. DNA הארוז כך אינו לחלבונים השונים, ואם קדם מלופף סביב היסטון נדרשת התערבותם של גורמים שונים בכדיכדי לחשוף את ה-DNA. לכן [[עיצוב כרומטין|ארגון הכרומטין]] מהווה בקרת שעתוק. בדומה לגורם סיגמא בחיידקים, גורמי השעתוק הכלליים נדרשים באיקריוטים לשעתוק. תפקידם של גורמים אלו לייצב את הקשרים, לפתוח את הגדיל הכפול של ה-DNA בכדיכדי לאפשר גישה ל-RNA פולימראז לתבנית השעתוק, ולרוב לגורמים אלו אין העדפה לרצף DNA מסוים. חלק גדול מ[[בקרת גנים]] מתווך באמצעות גורמי שעתוק שמגייסים או מעכבים את הקישור של מנגנון השעתוק הכללי או הפולימראז. גורמי השעתוק יכולים לפעול באמצעות מרכיבי הליבה של הקדם, או באמצעות [[מעצם|מעצמים]] מרוחקים.
 
אחרי ש-RNA פולימראז נקשר לתבנית ה-DNA, לעיתים קרובות נדרש סיוע של חלסונים נוספים בכדיכדי לעזוב את הקומפלקס היציב בקדם ולעבור לשלב התארכות תעתיק ה-RNA. תהליך זה נקרא בריחת קדם, והוא יכול לעבור בקרה בכדיכדי להאיץ או להאט את השעתוק. באופן דומה, חלבונים וגורמים נוספים יכולים ליצור קשרים עם קומפלקס ההתארכות ולווסת את קצב התקדמות הפולימראז על גבי ה-DNA.
 
=== בקרה ברמת מצב הכרומטין ===
{{הפניה לערך מורחב|ערכים=[[עיצוב כרומטין]], [[קוד היסטונים]]}}
באיקריוטים, DNA גנומי נדחס בכדיכדי שייכנס לגרעין התא. הדחיסה נעשית באמצעות ליפוף ה-DNA סביב שמונה חלבונים הנקראים [[היסטון|היסטונים]], מה שמונע את הגישה לחלקים נרחבים של ה-DNA בכל זמן נתון. חלקים נרחבים מה-DNA מושתקים באמצעות [[קוד היסטונים]], ואינם נגישים לפולימראזות ולגורמים המשלימים. רמת הבקרה הגבוהה ביותר נעשית דרך [[עיצוב כרומטין]], שבו ההיסטונים מוזזים בכדיכדי לחשוף או להסתיר אזורים מסוימים.
 
שינויים כימיים על זנבות ליבות ההיסטונים מעניקים להם תכונות ביוכימיות שונות המשפיעות על השעתוק. ישנן מודיפקציות רבות שמבוצעות על ידי אנזימים שונים, כגון היסטון אצילטרנספראזות (HAT), היסטון מתילטרנספראזות (HMT), היסטון דהאצטילזות (HDAC). אנזימים אלה יכולים להוסיף או להסיר [[קשר קוולנטי|קשרים קוולנטיים]] בין חומצות האמינו של זנב ההיסטון לבין מודפיקציות שונות, כגון קבוצות [[מתיל]], [[אצטיל]], [[זרחן]] ו[[אוביקוויטין]]. קוד ההיסטונים יכול לגייס חלבונים שיסייעו לדחיסת הכרומטין ולהשתקת ביטוי גנים, או להגביר את הרווחים בין ההיסטונים ובכך לאפשר גישה לחלבונים שונים. לדוגמה, קומפלקס פוליקומב PRC2 מוסיף תלת-מתיל על [[ליזין]] בעמדה 27 של היסטון H3 (ולכן מסומן H3K27me3), אשר גורם לדחיסת ה-DNA ולהשתקת הגן. קוד ההיסטונים יכול להיווצר בתא עצמו, או שהוא מתקבל בתורשה [[אפיגנטיקה|אפיגנטית]] מההורים.
שורה 63:
=== בקרה הנעשית באמצעות גורמי שעתוק ומעצמים ===
==== גורמי שעתוק ====
[[גורם שעתוק|גורמי שעתוק]] הם חלבונים שנקשרים לרצף ספציפי של DNA בכדיכדי לבקר רמת השעתוק של גן ספציפי. אורך רצף ההכרה הוא לרוב בסביבות 10 נוקליאוטידים. באדם ישנם כ-1,400 גורמי שעתוק שונים, המהווים כ-6% מכלל הגנים. באדם, כ-94% מהאתרים המכילים את רצפי הבקרה ממוקמים במעצמים, ויתר האתרים ממוקמים בקדמים. גורמי השעתוק יכולים להפעיל או לדכא גני מטרה רבים, והם עושים זאת בצורה צירופית בשלל מנגנונים. לדוגמה, מתליציה של ה-DNA משפיעה על הקישור של רוב גורמי השעתוק ל-DNA, מה שיכול להוביל לבקרה חיובית או שלילית על השעתוק. לעיתים קרובות זהו השלב האחרון ב[[מעבר אותות]] בתא, שקודם לו השפעה כלשהי על גורם השעתוק, כמו שינוי מיקומו בתא או פעילותו. מודיפקציות לאחר התרגום על גבי גורמי השעתוק יכולים לגרום להם לנוע מה[[ציטוזול]] ל[[גרעין התא]], היכן שהם יכולים להיקשר לרצפי ההכרה ולפעול. גורמי שעתוק אחרים כבר נמצאים בגרעין התא, ועוברים מודיפקציות שהמאפשרות להם ליצור קשרים עם חלבונים נוספים. מודפיקציות אלו כוללות [[זירחון]], [[אצטילציה]], [[סומולציה]] ו[[אוביקוויטין|אוביקוויטינציה]].
 
ניתן לחלק את גורמי השעתוק לשתי קבוצות עיקריות: מפעילי שעתוק ומדכאי שעתוק. בעוד מפעילי שעתוק לרוב יוצרים קשר ישירים או בלתי ישירים עם מרכיבי מנגנון השעתוק באמצעות קישור למעצמים, מדכאי שעתוק לרוב מגייסים קומפלקסים משלימי דכאנים שהמובילים לדיכוי שעתוק באמצעות דחיסת הכרומטין באזור המעצם. מנגנון נוסף בו משתמשים דכאנים הוא קישור פיזי לרצף הכרה משותף למפעלים ודכאנים, כך שקישור דכאן חוסם את האפשרות של מפעיל להיקשר. ישנם מנגנונים רבים השולטים על רמת הפעילות של גורמי שעתוק, כגון אלו ששולטים על מיקומו התוך תאי או על האפשרות שלהם להיקשר ל-DNA. דוגמה למנגנון בקרה ניתן לראות בחלבון HSF1, אשר נמצא בציטוזול וקשור לחלבון Hsp70. כאשר התא נחשף לעקה, כמו מכת חום, הוא נודד לגרעין ומפעיל קבוצת גנים שעוזרים לתא להתמודד עם העקה.