Back to chapter

10.1:

تعبير جينى محدد بالخلية

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Cell Specific Gene Expression

Languages

Share

كل خلية في جسم الكائن الحي متعدد الخلايا تمتلك نفس دى إن إيه. لكن،أنواع مختلفة من الخلايا لديها إختلافات تركيبية ووظيفية بارزة التي يمكن أن تُفسر إلى التعبير التمييزى للجينات في الخلية. بالإضافة إلى ذلك،خلايا معينة تعبر عن جينات مختلفة بمرور الوقت بسبب التغييرات في الخلية أو الكائن الحي.التنوع فى آر إن أيه والبروتين الناتج تمكن الخلايا من تنفيذ وظائفها الفريدة في الأوقات المناسبة. خلايا الكبد،التي تسمى الخلايا الكبدية،تعبر عن مجموعة مختلفة من الجينات مقارنة بالخلايا العصبية. على سبيل المثال،خلايا الكبد تنتج ديهيدروجينز الكحول إنزيم يحلل الكحولات السامة إلى الأسيتالدهيد،والذى يمكن أن يتم تأييض المزيد منه لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والمياه.وعلى النقيض من ذلك،الخلايا العصبية تنتج نيوريكسين،وهى مجموعة من البروتينات في المخ تساعد في إرسال المعلومات من خلية عصبية إلى أخرى متجاورة. الخلايا لديها آليات من أجل التحكم في التعبير الجيني في عدة خطوات تنظيمية قبل أثناء وبعد النسخ والترجمة. ومع ذلك العوامل النسخية التنظيمية شائعة لأنها تمنع تخليق نُسخ آر إن إيه الرسول.أثناء تطور الكبد فى الأنسان،عوامل النسخ C/EBP-alpha،C/EBP-beta،و hepatocyte nuclear factor-1 يساهم فى تعبير جينات كحول ديهايدروجيناز الخاصة بالكبد. التعبير الجينى هو أيضاًمنظم تبعاًإلى بيئة الخارجية. عندما ينخفض مستويات سكر الدم،يفرز البنكرياس الهرمون الجلوكاجون.عند التعرض للجلوكاجون،خلايا الكبد تعبر عن الفوسفو اينول بيروفات كاربوكسيكاينت, وهو بروتين مطلوب لإنتاج الجلوكوز من سلائف غير الكربوهيدرات

10.1:

تعبير جينى محدد بالخلية

تحتوي الكائنات متعددة الخلايا على مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا المتميزة من الناحية الهيكلية والوظيفية، ولكن نشأ الحمض النووي DNA في جميع الخلايا من نفس الخلايا الأم. ويمكن أن تُعزى الاختلافات في الخلايا إلى التعبير الجيني التفاضلي. خلايا الكبد، التي تؤدي وظائفها بما في ذلك إزالة السموم من الدم، وإنتاج الصفراء لاستقلاب الدهون، وتخليق البروتينات الضرورية لعملية التمثيل الغذائي، يجب أن تعبر عن مجموعة محددة من الجينات لأداء وظائفها. يختلف التعبير الجيني أيضاً مع مراحل التطور. قبل التمايز إلى خلايا الكبد، تعبر الخلايا عن الجينات المشاركة في دورة الخلية، وتكاثر الحمض النووي DNA، والتكاثر. في وقت لاحق من التطور، يتم التعبير عن الجينات المشاركة في التمايز الظهاري وتخثر الدم بشكل كبير. بمجرد أن تتمايز الخلايا إلى خلايا كبدية، يزداد التعبير عن الجينات المشاركة في وظائف الكبد المحددة، مثل كما يشارك في التمثيل الغذائي للدهون وتنظيم الكوليسترول.

يمكن تنظيم التعبير الجيني في العديد من النقاط بما في ذلك النسخ والترجمة ومعالجة RNA والنقل والتعديلات اللاحقة للترجمة. الطرق الشائعة لتنظيم التعبير هي العوامل التي ترتبط مباشرة بالحمض النووي DNA لتنظيم نسخ جين معين. يمكن تنظيم التعبير الجيني في الكبد من خلال عوامل النسخ C/EBP & #945؛ و C/EBP & #946؛ والعامل النووي لخلايا الكبد -1، من بين أمور أخرى. يمكن أن يحدث التنظيم قبل النسخ عن طريق تغيير الهستونات الموجودة في الكروماتين. تؤدي هذه التعديلات إما إلى تخفيف أو تشديد بنية الحمض النووي، وبالتالي المنع أو السماح لمنظمي النسخ على التوالي بالوصول إلى الحمض النووي DNA. &#160 ؛ أنواع الخلايا المختلفة لها تعديلات تساهمية ومتغيرات هيستون مختلفة، مما يؤدي إلى تباين في إمكانية الوصول إلى الجينات.

تخضع الخلايا للتغيرات البيئية وتعبِّر عن جينات مختلفة استجابة لهذه المحفزات خارج الخلية. يعتبر الجلوكوز مصدراً مهماً للطاقة، ومع تذبذب تركيزه في مجرى الدم ، يجب أن يستجيب الكائن الحي بالتغيرات المناسبة في التعبير الجيني والبروتيني. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم، يفرز البنكرياس هرمون الجلوكاجون. يشير هذا الهرمون إلى الكبد لبدء إنتاج فوسفوينول بيروفات كاربوكسيكيناز (PEPCK)، وهو بروتين مطلوب لإنتاج الجلوكوز من السلائف غير الكربوهيدراتية. يحث الجلوكاجون على نسخ هذا الجين عن طريق تحفيز عوامل النسخ بشكل غير مباشر &#160؛ C/EBP & #945؛ و C/EBP &#946؛ للالتزام بمحفّز PEPCK. عندما تكون مستويات الجلوكوز في الدم مرتفعة، يفرز البنكرياس هرمون الأنسولين. يحتوي جين PEPCK على تسلسل مستجيب للأنسولين يمنع نسخه.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 369-374.
  2. Lodish et al., 8th edition; pages 363- 364
  3. Park, Edwards A. Austin L. Gurney, Steven E. Nizielski, Parvin Hakimi, Zhodan Caot, Antoon MoormanY, and Richard W. Hanson. “Relative Roles of CCAAT/Enhancer-binding Protein β and cAMP Regulatory Element-binding Protein in Controlling Transcription of the Gene for Phosphoenolpyruvate Carboxykinase (GTP)” Journal of Biological Chemistry 268, No. 1, (1993): 613-619