Chapter 10: Gene Expression

Back to chapter

10.4:

ربط تعاونى لمنظمى النسخ

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

Cooperative Binding of Transcription Regulators

Previous Video
10.3: Cis-regulatory Sequences

Next Video
10.5: Prokaryotic Transcriptional Activators and Repressors

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

منظمو النسخ هي بروتينات تتعرف وترتبط بتسلسل دى إن أيه, المعروفة بإسم التسلسلات المنظمة-سيز 00:00:11.180 00:00:13.430 لأن هذه التسلسلات عادة أقل من 10 نيوكليوتيدات فى الطول فإن،فرص حدوث نفس التسلسل بشكل عشوائي في الجينوم تكون عالية جدا. العديد من المنظمين تكون زوج ثنائى الوحدة من أجل الحد من ربط التسلسلات العشوائية. يمكن للثنائي أن يربط التسلسلات التى هى أطول من 10 نيوكليوتيدات مما يجعلها أقل احتمالا فى تواجد التسلسل عشوائيا في الجينوم وزيادة تخصصية الربط.هذا الثنائى التنظيمي يمكن إما يكون متجانس الوحدات, مكون من نفس نوع الوحدات،أو مغاير بمكون من أنواع مختلفة من الوحدات. لأن الأزواج يمكن أن تتكون من وحدات مختلفة،التجمعات المختلفة تسمح بالإرتباط بتسلسلات مختلفة دون الحاجة إلى أنواع جديدة من البروتينات. عندما لا تكون مرتبطة بالمنظمات دى إن أيه المتعاونة تتواجد كوحدات والتى في بعض الأحيان تكون ثنائيات من خلال تفاعلات،غير التساهمية ضعيفة.ومع ذلك،فإن هذه التركيبات تشكل ثنائيات مرتبطة بإحكام عندما يكون مرتبطًا ب دى إن أيه بسبب الربط التعاوني. الربط التعاوني هي ظاهرة حيث ربط أحادى الجزيئات إلى التسلسل التنظيمي سيز يزيد من احتمالية حدوث ربط ثانى منظم نتيجة للتغييرات الهيكلية. هذا يسمح بمنظم ثانى أن يرتبط بإحكام إلى الجانب الآخر من موقع االربط ويشكل ثنائى الوحدات مع الأول.هذا يعني أن معظم الوقت, إما كل حالات التسلسلات المحددة التنظيمية سيز لديها منظم رابط أو لا أحد منهم يفعل ذلك. بالنسبة للعديد من الجينات،دى إن أيه ملتف بإحكام حول بروتينات الهيستون مانعا منظمى النسخ من الوصول للتسلسلات التنظيمية سيز. ومع ذلك،فإن النهاية المرتبطة بشكل غير محكم فى دى إن أيه يسمح ببعض المساحة للربط الربط لمنظم واحد في هذا الموقع يمكن أن يساعد في فك الإلتفاف،مما يسمح المنظمين الآخرين بالربط

10.4:

ربط تعاونى لمنظمى النسخ

ترتبط منظّمات النسخ بتسلسلات تنظيمية معيّنة من طراز cis– في الحمض النووي DNA &#160؛ لتنظيم نسخ الجينات. تكون التسلسلات التنظيمية من نوع cis– قصيرة جداً، وعادة ما تكون أقل من عشرة أزواج من النوكليوتيدات في الطول. يعني الطول القصير أن هنالك احتمالية كبيرة لتواجد نسخة مطابقة لذات التسلسل الجيني تكون قد حدثت عشوائياً عبر أنحاء الجينوم. &#160؛ نظراً لأن منظمات النسخ يمكنها أيضاً الارتباط بمجموعات من التسلسلات المتشابهة، فهذا يزيد من فرص الارتباط العشوائي. منظمات النسخ تشكل ثنائيات ترتبط بتسلسل جيني له ضعف طول ارتباط المونومر، مما يزيد من التسلسل الجيني ويقلل من فرص الارتباط العشوائي. يمكن أن تكون ثنائيات منظمات النسخ عبارة عن وحدات متجانسة أو غير متجانسة. في المحلول، تكون هذه المنظمات المتعاونة إما مونومرات أو ثنائيات مرتبطة بشكل ضعيف. ومع ذلك، عندما ترتبط هذه المونومرات بتسلسل تنظيمي من نوع cis ممتد على الحمض النووي DNA، فإنها تشكل ثنائيات مستقرة.

التعاونية هي ظاهرة يتسبب فيها ارتباط البروتين الأحادي بتغييرات هيكلية في الحمض النووي DNA ويزيد من قدرة المواقع التنظيمية &#8217؛ للتقارب للمونومرات الأخرى. وهذا يمكّن المونومرات من الارتباط على شكل ثنائيات على التسلسل التنظيمي من نوع cis . &#160؛ تساعد هذه الظاهرة أيضاً المنظمات على الوصول إلى المواقع الموجودة على الحمض النووي DNA المرتبط بإحكام ببروتينات الهيستون في النواة، والتي قد يتعذر الوصول إليها لولا ذلك. يحدث الارتباط الأول عادةً عند الحمض النووي في نهاية الجسيم النووي، حيث لا يكون مرتبطاً بإحكام. يؤدي الارتباط في هذا الموقع إلى ابتعاد الحمض النووي DNA عن الهستونات، مما يؤدي إلى تفريغ النواة. هذا التفريغ يزيد من الوصول إلى المواقع التنظيمية الأخرى. في حقيقيات النوى، يعتمد ارتباط عامل النسخ في الغالب على التعاون. على الرغم من أن التعاونية يمكن أن يحدث في بعض الحالات، إلا أن معظم ربط منظمات النسخ في بدائيات النوى غير تعاوني. في مثل هذه الحالات، تتواجد منظمات النسخ على شكل ثنائيات مستقرة يتم تجميعها معاً من خلال العديد من التفاعلات غير التساهمية.

يمكن تحديد ما إذا كان المنظم غير المعروف يرتبط بشكل تعاوني أو غير تعاوني من خلال رسم عدد مواقع الارتباط المشغولة على الحمض النووي DNA مقابل تركيز البروتين. إذا كان الرسم عبارة عن منحنى على شكل حرف S، فهذا يشير إلى أن المنظم يرتبط بشكل تعاوني بمواقع الربط. &#160؛ إذا ارتفع المنحنى بشكل مطّرد قبل أن يستقر عند اقترابه من جميع مواقع الربط المشغولة، فهذا يشير إلى أن الربط غير تعاوني.

Suggested Reading

Alberts et al., 6th edition; pages 375, 378-380
Morgunova, E., & Taipale, J. (2017). Structural perspective of cooperative transcription factor binding. Current opinion in structural biology, 47, 1-8.

Tags

Cooperative Binding Transcription Regulators Cis-regulatory Sequences Dimer Pair Binding Specificity Homodimer Heterodimer Monomers DNA Binding Cooperative Regulators Non-covalent Interactions