النسخ في الخلايا حقيقية النوى

النسخ في الخلايا حقيقية النوى عملية معقدة تستخدمها الخلايا حقيقية النوى من أجل نسخ المعلومات الوراثية الموجودة في الحمض النووي دي إن إيه «دنا» لتشكيل نسخ من الحمض النووي الريبي «رنا» المُكمّل قابلة للنقل. يحدث النسخ الجيني في كل الخلايا حقيقية النوى وبدائية النوى. في الخلايا بدائية النوى، يبدأ إنزيم رنا بوليميراز جميع عمليات نسخ الحمض النووي الريبي، بينما توجد ثلاثة أنواع من إنزيم رنا بوليميراز في الخلايا حقيقية النوى. ينسخ كل نوع منها نوعًًا مختلفًا من الجينات. تفصل النواة في الخلية حقيقية النواة بين عمليتي النسخ والترجمة. تحدث عملية النسخ في النواة، حيث يكون الحمض النووي مكدسًا في النكليوسومات، وفي بنى صبغية أكثر تعقيدًا. تعكس هذه البيئة المعقدة لجينوم الخلايا حقيقية النوى الحاجة إلى تنوع وتعقيد كبيرين في آليات التحكم في التعبير الجيني.

تجري عملية النسخ في الخلية حقيقية النواة في ثلاث مراحل متتالية: الابتداء والاستطالة والإنهاء.

تؤدي جزيئات رنا المنسوخة وظائف متنوعة. فمثلًا، تُنسخ المكونات الهيكلية للريبوزوم بواسطة إنزيم رنا بوليميراز I. تُنسخ الجينات المشفرة للبروتينات بواسطة إنزيم بوليميراز II لتكوين جزيئات رنا رسول، تحمل المعلومات من الدنا إلى مواقع تصنيع البروتين. يكون الجزء الأكبر من الرنا المنسوخ في الخلية رنا غير مشفر، وتُنتج كميات كبيرة منه، ويشكل معظم نتاج النسخ في الخلية. تؤدي جزيئات الرنا غير المشفرة هذه وظائف متعددة في الخلية.

 رنا بوليميراز 
تحتوي الخلية حقيقية النوى على ثلاثة أنواع من بوليميراز الرنا النووي، لكل منها وظائف ومميزات خاصة.

يُحفز بوليميراز I نسخ كل جينات الحمض النووي الريبي الريبوسومي عدا جين 5 إس. تُنظم هذه الجينات في وحدة نسخ واحدة وتُنسخ إلى رنا أولي متصل. يُعالج الرنا الأولي ويُنتج ثلاثة أنواع من الرنا الريبوسومي هي 18 إس و5.8 إس و28 إس. تحدث عمليات نسخ جينات الرنا الريبوسومي في بنية متخصصة من النواة تُسمى النوية، تُدمج فيها جزيئات رنا ريبوسومي منسوخة مع البروتينات لتشكيل الريبوسومات.

يُعد بوليميراز II مسؤولًا عن نسخ جزيئات الرنا الرسول كلها، وبعض جزيئات الرنا النووي الصغير، والرنا المتداخل الصغير، وكل جزيئات الرنا الميكروي. توجد كثير من النسخ الناتجة من بوليميراز II مؤقتًا على هيئة جزيئات رنا أولية مفردة السلسلة تُسمى الرنا قبل الناضج تُعالج لاحقًا لتكوين جزيئات الرنا الناضج. مثلًا، تخضع جزيئات الرنا الرسول الأولية إلى عمليات معالجة مكثفة قبل أن تغادر إلى الهيولى بواسطة المسام النووية من أجل ترجمتها إلى بروتينات.

ينسخ بوليميراز III جزيئات الرنا الصغيرة غير المشفرة، ومنها الرنا الناقل والرنا النووي الصغير يو 6 والرنا الريبوسومي 5 إس، ورنا جسيم التعرف على الإشارة وجزيئات رنا مستقرة وقصيرة أخرى مثل رنا ريبونوكلياز بّي.

يحتوي بوليميراز I و II و III على الوحدات الفرعية 14 و12 و17 على التتالي. تشترك البوليميرازات الثلاثة في خمس وحدات فرعية أساسية تُظهر تماثلًا مع الوحدات الفرعية β وβ’ وαI وαII وω الموجودة في بوليميراز رنا في بكتيريا الإشريكية القولونية. تستخدم البوليميرازات الثلاثة وحدة فرعية واحدة متطابقة تشبه الوحدة تُسمى أر بي بّي 6 وتُستخدم الوحدات الشبيهة بالوحدة α من قبل بوليميراز I و II. تتشارك البوليميرازات الثلاثة في أربع وحدات فرعية أخرى وتكون الوحدات المتبقية فريدة ومميزة لكل بوليميراز. تُظهر الوحدات الإضافية في بوليميراز I و III، بالمقارنة مع بوليميراز II، تماثلًا مع عوامل النسخ الخاصة ببوليميراز II.

توفر البنية البلورية للبوليميرازات I وII فرصة مهمة لفهم التفاعلات بين الوحدات الفرعية وآلية النسخ في الخلايا حقيقية النوى على المستوى الذري.

تؤدي النهاية الكربوكسيلية للوحدة الفرعية الكبرى آر بي بّي 1 في بوليميراز II دورًا مهمًا في جمع مكونات الخلية اللازمة لتخليق نُسخ بوليميراز II ومعالجتها. تتسم هذه النهاية بأنها طويلة وغير منتظمة بنيويًا. تحتوي على تكرارات متعددة من تسلسل هيبتا ببتيد، يخضع إلى عمليات فسفرة وتعديلات بعد الترجمة خلال دورة النسخ. تشكل هذه التعديلات وتنظيمها رمزًا وظيفيًا يوجه النهاية الكربوكسيلية لتنظيم مراحل ابتداء النسخ والاستطالة والإنهاء والربط بين عمليتي النسخ ومعالجة الرنا.

 الابتداء 
يبدأ نسخ الجينات في الخلايا حقيقية النوى بواسطة خطوات محددة. يرتبط إنزيم بوليميراز مع عوامل النسخ العامة في منطقة المحفز الجيني ويكوّنان معًا مركبًا مغلقًا يُسمى مركب ما قبل الابتداء. بعد ذلك يؤدي الانتقال من الحالة المغلقة إلى الحالة المفتوحة إلى انفصال سلسلتي الحمض النووي وتوضع السلسلة القالب في الموقع النشط لبوليميراز رنا. ومن دون الحاجة إلى بادئ يستطيع بوليميراز رنا بدء تخليق سلسلة جديدة من الرنا مستخدمًا سلسلة الحمض النووي القالب لتوجيه اختيار الريبونكليوتيدات وتركيبها كيميائيًا في السلسلة الجديدة. تنتهي الكثير من عمليات الابتداء بالإجهاض قبل أن تصل النسخ إلى طول كبير (نحو 10 نكليوتيدات). وخلال هذه الدورات الإجهاضية، يواصل البوليميراز إنتاج نسخ قصيرة وإطلاقها حتى يتمكن من إنتاج نسخة تفوق 10 نكليوتيدات. وبعد تخطي هذا الحد، يتجاوز بوليميراز رنا منطقة التحفيز وتنتقل عملية النسخ إلى مرحلة الاستطالة.

 المحفزات في الخلايا حقيقية النوى وعوامل النسخ العامة 
تحتوي الجينات المنسوخة بواسطة بوليميراز II على منطقة مجاورة مباشرة لموقع ابتداء النسخ تعمل على ربط وتوضيع مركب ما قبل الابتداء، تُسمى المحفز الأساسي بسبب دورها الجوهري في بدء النسخ. توجد أصناف مختلفة من العناصر التسلسلية في المحفزات. فمثلًا، يُعد صندوق تي إيه تي إيه من تسلسلات الحمض النووية المحفوظة جيدًا، وهو موقع تعرف بروتين ارتباط، تي بي بّي، يبدأ ارتباطه عملية تجميع مركب النسخ في كثير من الجينات.

تحتوي الجينات في الخلايا حقيقية النوى على تسلسلات تنظيمية تتجاوز المحفز الأساسي. تُسمى هذه التسلسلات عناصر التحكم المؤثرة في الجزيء نفسه، وترتبط بمنشطات النسخ أو مثبطاته لزيادة النسخ أو تقليله انطلاقًا من المحفز الأساسي. تشمل هذه العناصر التنظيمية الموصوفة جيدًا المعززات والمثبطات والعوازل. تنتشر هذه التسلسلات التنظيمية على مسافات واسعة في الجينوم، وتوجد أحيانًا على بعد مئات الآلاف من الأزواج القاعدية من المحفزات الأساسية.

 المراجع 

تصنيف:تعبير جيني
تصنيف:علم الأحياء الجزيئي