يجري انتساخ أنواع الرنا المختلفة (rRNA و mRNA و tRNA و snRNA) في حقيقيات النوى ضمن النواة والنويات والمتقدرات. وتخدمُ الأنواع الثلاثة الأولى عملية تخليق البروتينات بينما يختص الأخير بتضفير الرنا المرسال mRNA. ويمكن تلخيص هذه المتطلبات بما يلي:

1- طاق مفرد من الدنا كمرصاف

يكون تسلسل الريبونو كليوتيدات في جزيء الرنا مُتمّماً لتسلسل ديوكسي الريبونو كليوتيدات في أحد طاقي جزيء الدنا مضاعف الطاق (الطاق المرصــــاف)، ويُدعى الآخــــر بالطاق المرمز لأن تسلسله يشبه تماماً ما في نسخة الرنا التي تُرَمز للناتج النهائي إلا في احتواء الأخيرة على اليوراسيل بدلاً من الثيمين. ويكون طاق مُعيّن من جزيء الــدنا مضاعف الطـــاق مرصافاً لبعض الجينات ومُرَمِّزاً لبعضها الآخر.

2 - إنزيمات بوليميراز الرنا المعتمد على الدنا

وهي المسؤولة عن بلمرة النوكليوتيدات في تسلسل مُتَمِّم لذاك الموجود في الطاق المرصاف للجين. وهي تعمل بآلية بوليميرازات الدنا نفسها ، إلا أنها لا تحتاج إلى مشرع، بل ترتبط في موقع نوعي (المعزاز promoter ) على المرصاف، وتبتدئ تخليق الرنا عند نقطة الابتداء initiation point وتستمر في عملها حتى بلوغ متوالية الإنهاء termination sequence ، وتضيف النوكليوتيدات الريبية. ويوجد منها في خلايا الثدييات ثلاثة أنواع على الأقل (الجدول -1) تتكون جميعها مـــــن وحيدَتَين كبيرتين وعددٍ من الوحيدات الأصغر ربما تساعد في التعرف على المعزاز وإشارات الإنهاء.

الجدول (1) أصناف بوليميراز الرنا الحيوانية ووظائفها وخصائصها .

الشكل (1) بنية جين كربوكسي كيناز فسفو إينول البيروفات، وعناصر الضبط الموجودة في منطقة المعزاز قبل موقع بدء الانتساخ.

3 - بنى خاصة على الجين

بالاطلاع على الشكل 1 (وهو بنية جين كربوكسي كيناز فسفو إينول البيروفات PEP-CK، كمثال على الجينات التي ترمز للبروتين) يتضح تعقيد بنية الجينات وضرورة وجود بنى خاصة فيهـا تسمح بالانتساخ (ابتداء وانتهاء) بمعدله الأساسي basal transcription rate المعتاد، وبضبط هذه العملية تنشيطاً وتثبيطاً وفق متطلبات التأقلم مع الظروف:

- يبلغ طول جين PEP-CK على الدنا نحو 7000 زوج أساس يحمل 1863 منها معلومــــات الحمـــوض الأمينية للبروتين (631 حمضاً) موزعةً على 10 إكسونات (الأزرق الغامق في الشكل). والباقي يعود إلى الإنترونات والمعزاز promoter (نحو ألف زوج أساس).

- منطقة المعزاز مسؤولة عن تنظيم معدل الانتساخ وتقع في الجهة 5' من موقع بدء الانتساخ.

- موقع بدء الانتساخ transcription start site، ويبدأ بعد انتهاء المعزاز ليستمر بعده الجزء الذي سينتسخ حتى الوصول إلى موقع إنهاء الانتساخ termination site ، وهو غالباً ما يكون موقع إضافة الأدينيلات في جينات الرنا المرسال (بعد النهاية 3' من التسلسل التوافقي AAUAAA بنحــــو 15 أساس). ويوجد بين موقعي بدء الانتساخ وإنهائه موقع بدء الترجمة وإنهائها. كمـا توجــد الإكسونات العشرة مع 9 إنترونات.

- تحوي منطقة المعزاز العديد من عناصر ضبط معدل عملية الانتساخ وتبدلاته (أسفل الشكل 1)، ومن هذه العناصر :

• الصندوق TATA ، وهو مهم جدا في ارتباط بوليميراز الرنا إلى النهاية 3' من المعزاز وتحديد موقع بدء الانتساخ بمساعدة عوامل الانتساخ. وهذا الصندوق هو تسلسل قصير غني بنو كليوتيدات T و A (سهل الفك) ويكون تسلسله النموذجي هو ...TATAAA... ( ويقع في دنا الثدييات قبل 25-30 أساس من موقع بدء الانتساخ). يغيب هذا الصندوق عـــــن بعـــض الجينات في حقيقيات النوى ليقوم مقامه في مثل هذه الحالات التسلسل المبدئ  initiator sequence  (يرمز له بالرمز (Inr أو غيره. يبدأ Inr من الموقع -3 ليمتد عبر موضع الابتداء وينتهي في الموقع +5 (أي من -3 إلى +5)، ويتألف من التسلسل TCA₊₁ G/T  T/C، حيث A₊₁ هو موقع الابتداء، أي أول نوكليوتيد منتسخ (+1).
• تحدد المتواليات الأبعد من العناصر السابقة والواقعة أعلى موضع الابتداء معدل تكرار حدوث الانتساخ. ومن عناصر الدنا النموذجية هذه الصندوق GC والصندوق CAAT.
• عناصر الاستجابة لبعض الهرمونات ومعدلات الانتساخ الأخرى.

- هناك صف ثالث من عناصر الضبط تتكون من متواليات تستطيع زيادة معدل ابتداء انتساخ الجينات (المعززات enhancers) أو إنقاصه (الكاظمات repressors) في حقيقيات النوى. ويمكن أن توجد هذه العناصر في العديد من المواقع أعلى وأدنى موضع ابتداء الانتساخ. وخلافاً لعناصــــر المعزاز، فإنها تبدي تأثيرها حتى عندما تتوضع على بعد مئات أو آلاف الأســــس مــــن وحـــــدات الانتساخ الموجودة على الصبغي نفسه، وتأثيرها غير متعلق بالتوجه.

4- وحدة الانتساخ Transcription Unit

وتُعرَّف على أنها منطقة الدنا ممتدة بين المعزاز وموقع الإنهاء. والرنا الناتج والمخلق بالاتجاه 5' ← 3' هو النسخة الأولية التي قد تكون منتجاً لعدة جيناتٍ في طليعيات النوى، لكنها عادةً منتج لجين واحد في الثدييات. وتكون النهايتان 5' للنسخة الأولية والرنا الناضج في الهيولى متماثلتين، ما يعني أن نقطة ابتداء الانتساخ توافق النوكليوتيد الموجود في النهاية 5' للرنا المرسال. يُسمـى هـــذا الموضع بالموضع +1 (وكذلك يُسمّى ذات الموضع في الدنا). ويزداد الرقم كلما تقدمنا في المتواليــــة إلى الأمام ("بعد" أو "أدنى" (downstream)) بالاتجاه 3'. ويساعد هذا الترقيم العرفي في تحديد مواضع مناطق معينة كحدود الإنترونات والإكسونات مثلاً. ويُرمز لنوكليوتيد المعزاز المجاور لموقع ابـتــداء الانتساخ بالرقم -1 ويزداد الرقم سلبية كلما اتجهنا إلى الخلف ("أعلى" أو "قبل" (upstream)) بعيداً عن موقع الابتداء باتجاه النهاية 5' . ويُساهم هذا الاتفاق في تحديد مواضع عناصر التنظيم في المعزاز.

الشكل 2: معقد الانتساخ الأساسي في حقيقيات النوى. يبدأ تشكيل هذا المعقد عند عامل الانتساخ TFIID بالصندوق TATA الذي يوجه تجميع المكونات الأخرى (التي تشمل عوامل الانتساخ الأخـرى ( الأحرف اللاتينية ) وبوليميراز الرنا) عن طريق التآثرات بين البروتينات وكل من الدنا والبروتينات الأخرى. ويغطي المعقد الكامل الدنا من الموضع -30 حتى +30 نسبةً إلى موضع البدء (+1) المشار إليه بالسهم المعقوف).

5 -عوامل الانتساخ (TF) الأساسي

يعرض الشكل 2 معقد الانتساخ الأساسي لجينات الرنا المرسال عند حقيقيات النوى، وتلعب عوامل الانتساخ الأساسية (الأحرف اللاتينية الكبيرة في الشكل) الدور الأكبر في تشكيله. وهــو يسمح بالتوضع الصحيح لبوليميراز الرنا (غير القادر وحده على ذلك) وابتداء الانتساخ.

يتكون معقد الانتساخ في حقيقيات النوى من نحو 50 بروتيناً متميزاً (أهمها عوامل الانتساخ A و B و D و E و F و H) ويؤمن انتساخاً دقيقاً وقابلاً للتنظيم لجيناتها. وتقوم بروتينات أخرى بتيسير الارتباط النوعي لإنزيمات البوليميراز بالمعزاز وتشكيل معقد ما قبل الابتداء.

 يبدأ تشكيل معقد الانتساخ بارتباط TFIID (يشير الرقم II إلى أن الجين المنتسخ هو رنا مرسال وأن البوليميراز هو من النوع (II بالصندوق TATA، وينفرد هذا العامل بإمكانية الارتباط بمتواليات محددة من الدنا، وهو يتألف من بروتين رابط للصندوق TATA (يُدعى TBP، وهو الذي يرتبط بالدنا، ويصم معزازاً معيناً ليُنتَسَخ، ويستنفر المكونات الأخرى) ومن 8-10 من العوامـــل المرتبطة به TAFs. يلي ذلك ارتباط عوامل الانتساخ الأخرى (TFIIB ثم TFIID ثم TFIIF مع البوليميراز) كما يرتبط TFIIA بالمعقد TBP/المعزاز ويثبته. ويسمح TFIIA للمعقد بالاستجابة للمنشطات، ربما بإزاحة الكاظمات. وتكون إضافة TFIIE و TFIIH هي الخطوة النهائية في تجميــع معقد ما قبل الابتداء (preinitiation complex (PIC الذي يصبح جاهزاً الآن لابتداء الانتساخ.

وفي الجينات المفتقرة للصندوق TATA تكون العوامل نفسها بما فيها TBP مطلوبة. ويقـــوم تسلسل Inr بالإشراف على توضع المعقد لضمان الابتداء الدقيق للانتساخ. ويكون لبعض المعزازات كل من الصناديق TATA ومتواليات Inr والتي تعمل في بعض الحالات بشكل تآزري.

 يتألف البوليميراز II في حقيقيات النوى من 14 وحيدة، وفيه مجموعة (52) من تكرارات حموض أمينية سباعية عند النهاية الكربوكسيلية (لأكبر وحيدة) تكون ركيزة لعدة كينازات، وموضع ارتباط لمجموعة كبيرة من البروتينات الوسيطة (مثبطة أو منشطة)، وتتأثر مع إنزيمات معالجة الرنا ما قد يساهم في إضافة ثمالاتِ الأدينيليل إلى الرنا. يقوم TFIIH بــدور الكينـــاز (ويقويـــه TFIIE) ويفسفت البوليميراز ليفعله ويبدأ الانتساخ.

6- معدلات الانتساخ منشطات الانتساخ والمنشطات المساعدة والمثبطات)

 يدعم TBP (كجزء من TFIID) الانتساخ الأساسي، وليس الانتساخ المتزايد الذي توفره منشطات معينة أو الهرمونات أو غيرها (الشكل 1، والجدول 2. وعوامل تنشيط الانتساخ TAFs أساسية للانتساخ المعزز بالمنشطات من خلال ارتباطها بالعامل TFIID. وبما أن TAFs مطلوبة لقيام المنشطات بعملها، لذا فهي كثيراً ما تُدعى المنشطات المساعدة coactivators.

 وبذا نستنتج وجود ثلاثة صفوف من العوامل المنظمة لانتساخ الجينات بالبوليميراز II: العوامل الأساسية والمنشطات المساعدة والمنشطات - الكاظمات.

7 - النوكليوتيدات الريبية (ATP) و GTP و CTP و UTP)

وهي تخدم كموحودات للرنا وكمصدر للطاقة (ATP).

الجدول (2) بعض عناصر ضبط الانتساخ ومتوالياتها الاتفاقية والعوامل التي تربطها في جينات الثدييات II . تشمل القائمة الكاملة عشرات الأمثلة الأخرى . وتعني النجمة ان هناك عدة افراد من الفصيلة .

مواضيع ذات صلة

RNA Granules and Membraneless Organelles

RNA Interference

Balancing Synthesis of Ribosomal Components

Regulation of Ribosome Synthesis

Proportionality of Ribosome Levels and Growth Rates

The Signal Recognition Particle and Translocation

Verifying the Signal Peptide Model

Directing Proteins to Specific Cellular Sites

Protein Elongation Rates

Messenger Instability

Resolution of a Paradox in Protein Synthesis

Chaperones and Catalyzed Protein Folding