تعبير چينى

التعبير الجينى هى العملية اللى بتستخدم فيها المعلومات الموجودة جوا الجين لإنتاج منتج جينى وظيفى زى البروتين أو جزيء الحمض النووى الريبوزى (RNA ). تتضمن دى العملية شوية خطوات، منها نسخ تسلسل الجين للحمض النووى الريبوزى (RNA). بالنسبة للجينات المشفرة للبروتينات، يُترجم ده الحمض النووى الريبوزى (RNA) لسلسلة من الأحماض الأمينية اللى تتشكل منها البروتينات، فى الوقت نفسه بالنسبة للجينات غير المشفرة، يؤدى الحمض النووى الريبوزى (RNA) الناتج نفسه دور وظيفى فى الخلية. يُمكّن التعبير الجينى الخلايا من استخدام المعلومات الوراثية الموجودة فى الجينات لأداء مجموعة واسعة من الوظايف البيولوجية. فى حين ممكن تنظيم مستويات التعبير استجابةً لاحتياجات الخلية والتغيرات البيئية، بعض الجينات تُعبّر باستمرار مع اختلاف طفيف.

 الآلية 

 النسخ 
بديل=RNA polymerase moving along a stretch of DNA, leaving behind newly synthetized strand of RNA.|تصغير|400x400بك|عملية النسخ تتم ببوليميراز الحمض النووى الريبى (RNAP)، اللى يستخدم الحمض النووى (باللون الأسود) كقالب وينتج الحمض النووى الريبى (باللون الأزرق).

عملية إنتاج نسخة من الحمض النووى الريبوزى (RNA) من شريط الحمض النووى (DNA) بتتسمما بالنسخ ، و تتم ببوليميرازات الحمض النووى الريبوزى ، اللى تضيف نيوكليوتيدًا ريبوزى واحد فى كل مرة لشريط الحمض النووى الريبوزى المتنامى حسب لقانون التكامل بين قواعد النيوكليوتيدات. ده الحمض النووى الريبوزى مكمل لشريط الحمض النووى القالب 3′ → 5′،  باستثناء استبدال الثايمين (T) باليوراسيل (U) فى الحمض النووى الريبوزي، واحتمالية حدوث أخطاء. فى البكتيريا، تتم عملية النسخ بنوع واحد من بوليميراز الحمض النووى الريبوزى (RNA)، اللى يحتاج لالارتباط بتسلسل الحمض النووى (DNA) المسمى صندوق بريبناو بمساعدة بروتين عامل سيجما (σ) لبدء عملية النسخ. أما فى حقيقيات النوى، فتتم عملية النسخ فى النواة ب3 أنواع من بوليميراز الحمض النووى الريبوزي، يحتاج كل منها لتسلسل خاص من الحمض النووى يُسمى المحفز ومجموعة من البروتينات الرابطة للحمض النووى - عوامل النسخ - لبدء العملية (شوف تنظيم النسخ تحته). بوليميراز الحمض النووى الريبوزى الاولانى (RNA I ) مسؤول عن نسخ جينات الحمض النووى الريبوزى الريبوسومى (rRNA). يقوم بوليميراز الحمض النووى الريبوزى التانى (Pol II) بنسخ كل الجينات المشفرة للبروتينات، و بعض أنواع الحمض النووى الريبوزى غير المشفر ( مثل الحمض النووى الريبوزى النووى الصغير snRNA، والحمض النووى الريبوزى النووى الصغير snoRNA ، والحمض النووى الريبوزى الطويل غير المشفر ). يقوم بوليميراز الحمض النووى الريبوزى التالت (RNA III) بنسخ جينات الحمض النووى الريبوزى الريبوسومى 5S ، وجينات الحمض النووى الريبوزى الناقل (tRNA)، وبعض أنواع الحمض النووى الريبوزى الصغير غير المشفر ( مثل 7SK ). تنتهى عملية النسخ لما البوليميراز يصادف تسلسل يسمى المُنهى .

 معالجة الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) 

فى بدائيات النوى، نسخ الجينات اللى بتشفر بروتينات بيطلع mRNA جاهز على طول يترجم لبروتين.

إنما فى حقيقيات النوى، نسخ الجينات بيطلع نسخة أولية اسمها pre-RNA، ودى لازم تعدّى الاولانى على شوية تعديلات عشان تبقى RNA ناضج.

أنواع وخطوات النضج بتختلف بين الـRNA المشفّر و مش المشفّر؛ يعنى رغم إن جزيئات الـRNA الرسول والـRNA الناقل الاتنين بيعدّوا بعملية التضفير، إلا إن الخطوات والآليات اللى بتحصل بيها العملية دى مختلفة.

وشرح معالجة الـRNA غير المشفّر موجود تحت (نضج الـRNA غير المشفّر).

تشمل معالجة قبل mRNA عملية إضافة غطاء 5′، هيا سلسلة من التفاعلات الإنزيمية اللى تضيف 7-ميثيل غوانوزين ( m7G ) لالطرف 5′ من قبل mRNA، و علشان كده تحمى الحمض النووى الريبوزى من التحلل بالإكسونوكليازات . بعدين يرتبط غطاء m7G بمركب ربط الغطاء ثنائى الوحدات (CBP20/CBP80)،و ده يساعد فى تصدير mRNA لالسيتوبلازم ويحمى الحمض النووى الريبوزى كمان من إزالة الغطاء .

من التعديلات التانيه عملية قطع الطرف 3′ و إضافة ذيل كتير الأدينين . تحدث دى العملية إذا كان تسلسل إشارة إضافة ذيل كتير الأدينين (5′- AAUAAA-3′) موجودًا فى الحمض النووى الريبوزى الرسول الأولى (pre-mRNA)، اللى فى العاده بين تسلسل ترميز البروتين وموقع الإنهاء. يُقطع الحمض النووى الريبوزى الرسول الأولى أول، بعدين تُضاف ليه سلسلة من حوالى 200 أدينين (A) لتكوين ذيل كتير الأدينين، اللى يحمى الحمض النووى الريبوزى من التحلل. يرتبط ذيل كتير الأدينين بالكتير من البروتينات الرابطة لكتير الأدينين (PABPs) الضرورية لتصدير الحمض النووى الريبوزى الرسول و إعادة بدء الترجمة. فى العملية العكسية لإزالة ذيل كتير الأدينين، يُقصر ذيل كتير الأدينين بإنزيم إكسونوكلياز CCR4-Not 3′-5′،و ده يؤدى فى الغالب لتحلل النسخة بالكامل.
بديل=Pre-mRNA is spliced to form of mature mRNA.|يسار|تصغير|404x404بك|رسم توضيحى للإكسونات والإنترونات فى قبل mRNA وتكوين mRNA الناضج عن طريق التضفير. المناطق غير المترجمة (باللون الأخضر) هيا أجزاء غير مشفرة من الإكسونات فى نهايات mRNA.
التضفير الحمض النووى الريبوزى (RNA) تعديل بالغ الأهمية فى الحمض النووي الريبوزى الرسول الأولى (pre-mRNA) فى حقيقيات النوى. تتكون غالبية جزيئات pre-mRNA فى حقيقيات النوى من أجزاء متناوبة بتتسمما الإكسونات والإنترونات . خلال عملية التضفير، يُحفّز مُركّبٌ حفّازٌ من الحمض النووى الريبوزى والبروتين، يُعرف باسم الجسيم التضفيرى ، تفاعلى نقل إسترى ، حيث يُزيلان إنترون ويُحرّرانه على شكل بنية حلقية، بعدين يُضفران الإكسونات المتجاورة مع بعض . فى بعض الحالات، يُمكن إزالة بعض الإنترونات أو الإكسونات أو الاحتفاظ بيها فى الحمض النووى الريبوزى الرسول الناضج. يُنتج ده التضفير البديل سلسلة من النسخ المختلفة المُشتقة من جين واحد. ولأن دى النسخ يُمكن ترجمتها لبروتينات مختلفة، يُوسّع التضفير نطاق تعقيد التعبير الجينى فى حقيقيات النوى، ويُزيد من حجم بروتيوم النوع.

المعالجة المكثفة للحمض النووى الريبوزى (RNA) ممكن تكون ميزة تطورية أتاحتها نواة حقيقيات النوى. ففى بدائيات النوى، تحدث عمليتا النسخ والترجمة مع بعض ، فى الوقت نفسه فى حقيقيات النوى، يفصل الغشاء النووى بين العمليتين،و ده يتيح وقت كافى لمعالجة الحمض النووى الريبوزى.

 نضج الحمض النووى الريبى غير المشفر 
فى أغلب الكائنات الحية، الجينات اللى مش متشفّرة (ncRNA) بتتنسخ فى الاولانى كنسخ بدائية، و بعد كده بتعدّى على مراحل معالجة زيادة.

بالنسبة لـ rRNA (الـRNA الريبوسومى)، فى الغالب بيتنسخ كنسخة أولية فيها واحد أو أكتر من جزيئات rRNA. النسخة الأولية دى بتتقصّ وبتتعدّل (زى مثيلة 2′-O وتكوين اليوريدين الكاذب) فى أماكن معيّنة، وده بيتم عن طريق حوالى 150 نوع مختلف من snoRNA (جزيئات RNA صغيرة موجودة فى النواة).

جزيئات الـsnoRNA بترتبط ببروتينات وبتكوّن مركّبات اسمها snoRNPs. جزء الـsnoRNA بيكوّن أزواج قواعد مع الـRNA المستهدف وبيحدد مكان التعديل بدقة، فى الوقت نفسه الجزء البروتينى هو اللى بيعمل التفاعل التحفيزى.

فى حقيقيات النوى، وخصوص، مركّب من نوع snoRNP اسمه RNase MRP بيقص النسخة الأولية 45S rRNA وبيحوّلها لجزيئات 28S و5.8S و18S rRNA. وعوامل معالجة الـrRNA والـRNA بتتجمع مع بعض فى تراكيب كبيرة اسمها النُّوَيّة.

أما بالنسبة لـ tRNA، فمثل بيتشال التسلسل عند طرف 5′ بإنزيم RNase P، فى الوقت نفسه التسلسل عند طرف 3′ بيتشال بإنزيم tRNase Z، و بعد كده بيتضاف ذيل CCA عند طرف 3′ (وده مش متنسخ من الجين) بإنزيم ناقل للنيوكليوتيدات.

وبالنسبة لـ miRNA، جزيئاته بتتنسخ فى الاولانى كنسخ أولية اسمها pri-miRNA وبيبقى ليها غطا وذيل متعدد الأدينين، و بعد كده بتتتعالج جوّه نواة الخلية لتركيبات قصيرة على شكل ساق وحلقة طولها حوالى 70 نيوكليوتيدة اسمها pre-miRNA، وده عن طريق إنزيمى Drosha وPasha.

وبعد ما بتطلع للسيتوبلازم، بتتتحول لجزيئات miRNA ناضجة عن طريق التفاعل مع إنزيم Dicer، اللى كمان بيساعد فى تكوين مركّب إسكات الـRNA (RISC) واللى بيبقى فيه بروتين Argonaute.

حتى جزيئات الحمض النووى الريبوزى النووى الصغير (snRNA) وجزيئات الحمض النووى الريبوزى النووى الصغير (snoRNA) نفسها تخضع لسلسلة من التعديلات قبل ما تبقا جزء من مُركّب البروتين النووى الريبوزى الوظيفى. ده بيحصل إما فى النواة أو فى الحجيرات المتخصصة المسماة أجسام كاجال . تُضاف مجموعة الميثيل أو مجموعة اليوريدين الكاذب لقواعدها بمجموعة من جزيئات الحمض النووى الريبوزى الصغيرة الخاصة بأجسام كاجال (scaRNA) ، اللى تُشبه فى تركيبها جزيئات snoRNA.

 ترجمة 
بالنسبة لبعض أنواع الحمض النووى الريبوزى غير المشفر، الحمض النووى الريبوزى الناضج هو الناتج النهائى للجين. فى حالة الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA)، يكون الحمض النووى الريبوزى ناقل للمعلومات يُشفّر لتخليق بروتين واحد أو اكتر. يُعرف الحمض النووى الريبوزى الرسول اللى يحمل تسلسل بروتين واحد (شائع فى حقيقيات النوى) باسم أحادى السيسترون ، فى الوقت نفسه يُعرف الحمض النووى الريبوزى الرسول اللى يحمل تسلسلات بروتينية متعددة (شائع فى بدائيات النوى) باسم متعدد السيسترون .
بديل=Ribosome translating messenger RNA to chain of amino acids (protein).|يسار|تصغير|300x300بك|أثناء عملية الترجمة، يدخل الحمض النووى الريبوزى الناقل (tRNA) المحمّل بالأحماض الأمينية لالريبوسوم ويصطف مع ثلاثية الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) الصحيحة. بعدين يضيف الريبوسوم الأحماض الأمينية لسلسلة البروتين المتنامية.

كل جزيء mRNA بيتكون من 3 أجزاء: منطقة غير مترجمة 5′ (5′UTR)، ومنطقة ترميز البروتين أو إطار القراءة المفتوح (ORF)، ومنطقة غير مترجمة 3′ (3′UTR). تحمل منطقة الترميز معلومات تخليق البروتين، مشفرة بالشفرة الوراثية لتشكيل ثلاثيات. بتتسمما كل ثلاثية من النيوكليوتيدات فى منطقة الترميز كودون ، وتتوافق مع موقع ارتباط مكمل لثلاثية مضاد الكودون فى جزيء tRNA. تحمل جزيئات tRNA اللى ليها نفس تسلسل مضاد الكودون دايما نفس نوع الحمض الأمينى . بعدين يقوم الريبوسوم بربط الأحماض الأمينية مع بعض حسب لترتيب الثلاثيات فى منطقة الترميز. يساعد الريبوسوم جزيء tRNA على الارتباط بجزيء mRNA، ويأخذ الحمض الأمينى من كل جزيء tRNA، ويُكوّن منه بروتين غير مُهيكل. يُترجم كل جزيء mRNA لالكتير من جزيئات البروتين، بمعدل 2800 جزيء بالتقريب فى الثدييات. فى بدائيات النوى، تحدث عملية الترجمة فى العاده عند نقطة النسخ (متزامنة مع النسخ)، و فى الغالب تستخدم الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) اللى لسه قيد التكوين. أما فى حقيقيات النوى، فممكن تحصل الترجمة فى مناطق مختلفة من الخلية، و ده تبع لموقع البروتين المراد ترجمته. ومن أهم دى المواقع السيتوبلازم للبروتينات السيتوبلازمية الذائبة، وغشاء الشبكة الإندوبلازمية للبروتينات اللى تُصدَّر من الخلية أو تُدخَل فى غشاء الخلية. وتُتعرف البروتينات اللى يُفترض إنتاجها فى الشبكة الإندوبلازمية فى نص عملية الترجمة. ويتحكم فى ذلك جسيم التعرف على الإشارة ، و هو بروتين يرتبط بالريبوسوم ويوجهه لالشبكة الإندوبلازمية لما يجد ببتيدًا إشارى على سلسلة الأحماض الأمينية المتنامية (الناشئة).

 تنظيم 
بديل=A cat with patches of orange and black fur.|يسار|تصغير|إن الألوان المتقطعة لقطة السلحفاة هيا نتيجة لمستويات مختلفة من التعبير عن جينات التصبغ فى مناطق مختلفة من الجلد .
تنظيم التعبير الجينى هو التحكم فى كمية وتوقيت ظهور الناتج الوظيفى للجين. التحكم فى التعبير الجينى أمر حيوى لتمكين الخلية من إنتاج نواتج الجينات اللى تحتاجها فى الوقت المناسب؛ وده بدوره يمنح الخلايا المرونة اللازمة للتكيف مع البيئة المتغيرة، والإشارات الخارجية، وتلف الخلية، و غيرها من المحفزات. وبشكل أعم، يمنح تنظيم الجينات الخلية القدرة على التحكم فى كل بنيتها ووظايفها، و هو أساس التمايز الخلوى ، وتكوين الشكل، وتعدد استخدامات أى كائن حى وقدرته على التكيف.

تُستخدم مصطلحات كتير لوصف أنواع الجينات اعتماد على كيفية تنظيمها؛ و المصطلحات دى بتشمل :

 الجين التكوينى هو جين يتم نسخه باستمرار على عكس الجين الاختياري، اللى يتم نسخه بس عند الحاجة.
 الجين الأساسى هو جين ضرورى للحفاظ على الوظايف الخلوية الأساسية، و علشان كده يُعبَّر عنه فى العاده فى كل أنواع خلايا الكائن الحى. ومن أمثلته الأكتين ، وGAPDH، واليوبيكويتين . تُنسخ بعض الجينات الأساسية بمعدل ثابت نسبى، ويمكن استخدام دى الجينات كنقطة مرجعية فى التجارب لقياس معدلات التعبير عن جينات تانيه.
 الجين الاختيارى هو جين يتم نسخه بس عند الحاجة إليه، على عكس الجين التكوينى.
 الجين القابل للتحفيز هو جين يكون تعبيره إما استجابة للتغيرات البيئية أو بيعتمد على موقعه فى دورة الخلية.

يمكن تعديل أى خطوة من خطوات التعبير الجيني، بدايه من عملية نسخ الحمض النووى (DNA) لالحمض النووى الريبوزى (RNA) وصول لالتعديلات اللى بعد كده للترجمة للبروتين. كما تُسهم استقرارية الناتج الجينى النهائي، سواء كان حمض نووى ريبوزى (RNA) أو بروتين، فى مستوى التعبير الجيني؛ علشان يؤدى عدم استقرار الناتج لانخفاض مستوى التعبير. وبشكل عام، يُنظَّم التعبير الجينى بتغييرات  فى عدد ونوع التفاعلات بين الجزيئات  اللى تؤثر مجتمعةً على نسخ الحمض النووى (DNA)  وترجمة الحمض النووى الريبوزى (RNA).

بعض الأمثلة البسيطة على أهمية التعبير الجينى هيا :

 التحكم فى إفراز الأنسولين بحيث يعطى إشارة لتنظيم مستوى الجلوكوز فى الدم .
 تعطيل الكروموسوم X فى إناث الثدييات لمنع "الجرعة الزائدة" من الجينات اللى يحتويها.
 تتحكم مستويات التعبير عن السيكلين فى التقدم خلال دورة الخلية حقيقية النواة.

 النسخ 
تصغير|لما يكون اللاكتوز موجود فى بدائيات النوى، فإنه يعمل كمحفز ويعطل الكابت بحيث ممكن نسخ جينات استقلاب اللاكتوز.
بديل=Ribbon diagram of the lambda repressor dimer bound to DNA.|يسار|تصغير|272x272بك|يرتبط عامل النسخ الكابت لامدا (باللون الأخضر) على شكل ثنائى بالثلم الرئيسى لهدف الحمض النووى (باللونين الأحمر والأزرق) ويعطل بدء عملية النسخ. من PDB : 1LMB
ممكن تقسيم تنظيم النسخ 3 مسارات تأثير رئيسية: وراثية (التفاعل المباشر لعامل تحكم مع الجين)، وتعديل التفاعل بين عامل تحكم وآلية النسخ، وفوق جينية (تغيرات غير متعلقة بتسلسل الحمض النووى تؤثر على النسخ).

التفاعل المباشر مع الحمض النووى (DNA) أبسط الطرق و اكترها فعالية لتغيير مستويات النسخ بالبروتين. فى الغالب تحتوى الجينات على شوية مواقع ارتباط بروتينية حول المنطقة المشفرة، وظيفتها الأساسية تنظيم النسخ. توجد أنواع كتيرة من مواقع ارتباط الحمض النووى التنظيمية، معروفه باسم المُعززات ، والعوازل ، والمثبطات . تتنوع آليات تنظيم النسخ، بدايه من حجب مواقع الارتباط الرئيسية على الحمض النووى لإنزيم بوليميراز الحمض النووى الريبى ( RNA polymerase) ، وصول لالعمل كمنشط وتعزيز النسخ بتسهيل ارتباط إنزيم بوليميراز الحمض النووى الريبى. فعالية عوامل النسخ تتأثر كمان بالإشارات الخلوية الداخلية اللى تُسبب تعديلات ما بعد الترجمة للبروتينات، بما فيها الفسفرة ، والأسيتلة ، والغليكوزيل . تؤثر دى التغييرات على قدرة عامل النسخ على الارتباط، بشكل مباشر أو غير مباشر، بالحمض النووى للمحفز، أو على استقطاب بوليميراز الحمض النووى الريبي، أو على تسهيل استطالة جزيء الحمض النووى الريبى المُصنّع جديد.

الغشاء النووى فى حقيقيات النوى يسمح بتنظيم عوامل النسخ بشكلى اكبر بمدة وجودها فى النواة، اللى تُنظَّم بتغيرات قابلة للانعكاس فى بنيتها وارتباطها ببروتينات تانيه. قد تُؤدى المحفزات البيئية أو الإشارات الهرمونية  علشان تعديل البروتينات التنظيمية  و ده يُحفز سلسلة من الإشارات جوه الخلايا،  اللى تُؤدى بدورها لتنظيم التعبير الجينى.

واضح وجود تأثير كبير لعوامل غير مرتبطة بتسلسل الحمض النووى على عملية النسخ. معروفه دى العوامل بالعوامل فوق الجينية، وتشمل البنية العليا للحمض النووي، والبروتينات الرابطة للحمض النووى غير المرتبطة بتسلسل محدد، والتعديلات الكيميائية للحمض النووى. وبشكل عام، تُغير العوامل فوق الجينية إمكانية وصول البروتينات لالحمض النووي، و علشان كده تُعدّل عملية النسخ.
بديل=A cartoon representation of the nucleosome structure.|left|تصغير|فى حقيقيات النوى، يُنظَّم الحمض النووى (DNA) على شكل نيوكليوسومات . لاحظ كيف يلتف الحمض النووى (باللونين الأزرق والأخضر) بإحكام حول النواة البروتينية المكونة من ثمانى وحدات هيستون (لفائف شريطية)،و ده يحد من الوصول لالحمض النووى. من PDBPDB) : 1KX5
فى حقيقيات النوى، تنظم بنية الكروماتين ، اللى يتحكم بيها رمز الهيستون ، الوصول لالحمض النووي،و ده يؤثر بشكل كبير على التعبير الجينى فى مناطق الكروماتين الحقيقى والكروماتين المغاير .

 المحفزات، وعوامل النسخ، ومركب الوسيط، وحلقات الحمض النووى 

يُنظَّم التعبير الجينى فى الثدييات بالكتير من العناصر التنظيمية المجاورة ، بما فيها المحفزات الأساسية والعناصر القريبة من المحفزات، اللى قرب مواقع بدء النسخ الجيني، فى اتجاه 5' من الحمض النووى (باتجاه المنطقة 5' من السلسلة الموجبة ). وتتمركز وحدات تنظيمية مجاورة تانيه مهمة فى مناطق الحمض النووى البعيدة عن مواقع بدء النسخ، وتشمل دى الوحدات المُعزِّزات ، والمثبطات ، والعوازل ، وعناصر الربط. وتلعب المُعزِّزات وعوامل النسخ المرتبطة بيها دور رئيسى فى تنظيم التعبير الجينى. المُعززات هيا مناطق جينومية تُنظم الجينات. تتحكم المُعززات فى برامج التعبير الجينى الخاصة بنوع الخلية، و ده فى الغالب عن طريق الالتفاف عبر مسافات طويلة للوصول لقرب فيزيائى من مُحفزات جيناتها المستهدفة. تتشابك مُعززات متعددة، فى الغالب يبعد كل منها عشرات أو مئات الآلاف من النيوكليوتيدات عن جيناتها المستهدفة، مع مُحفزات جيناتها المستهدفة وتنسق فيما بينها للتحكم فى التعبير الجينى.

الرسم التوضيحى يوضح حلقة مُحسِّنة تلتف حول مُحفِّز الجين المستهدف. وتُثبَّت دى الحلقة بثنائى بروتين رابط ( زى ثنائى CTCF أو YY1 ). يرتبط واحد من جزئى الثنائى بموقع ارتباطه على المُحسِّن، فى الوقت نفسه يرتبط الجزء التانى بموقع ارتباطه على المُحفِّز (مُمثَّل بالخطوط الحمرا المتعرجة فى الرسم التوضيحى). ترتبط الكتير من عوامل النسخ الخاصة بوظايف الخلية (من حوالى 1600 عامل نسخ فى الخلية البشرية)  عموم بمواقع محددة على المُحسِّن. تتحكم مجموعة صغيرة من عوامل النسخ المرتبطة بالمُحسِّن، عند تقريبها من المُحفِّز بحلقة DNA، فى مستوى نسخ الجين المستهدف. ينقل الوسيط (وهو مُركَّب بيتكون فى العاده من حوالى 26 بروتين فى بنية تفاعلية) الإشارات التنظيمية من عوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووى للمُحسِّن مباشرةً لإنزيم بوليميراز الحمض النووى الريبى II (pol II) المرتبط بالمُحفِّز.

تُنسخ المُعززات، عند تنشيطها، فى العاده من شريطى الحمض النووى ببوليميرازات الحمض النووى الريبى اللى تعمل فى اتجاهين مختلفين، مُنتجةً جزيئين من الحمض النووى الريبى المُعزز (eRNA) زى ما هو موضح فى الشكل. قد يرتبط عامل نسخ غير نشط بمُعزز غير نشط. قد يؤدى فسفرة عامل النسخ لتنشيطه، بعدين يقوم عامل النسخ المُنشط بتنشيط المُعزز المرتبط به (شوف النجمة الحمرا الصغيرة اللى تُمثل فسفرة عامل النسخ المرتبط بالمُعزز فى الرسم التوضيحى). يبتدى المُعزز المُنشط بنسخ الحمض النووى الريبى الخاص به قبل تنشيط نسخ الحمض النووى الريبى الرسول من جينه المستهدف.

 مثيلة الحمض النووى و إزالة مثيلته 
تصغير|300x300بك|مثيلة الحمض النووى هيا إضافة مجموعة ميثيل لالحمض النووي، وتحدث عند السيتوزين . بتبيين الصورة قاعدة سيتوزين أحادية الحلقة ومجموعة ميثيل مضافة لذرة الكربون الخامسة. فى الثدييات، تحدث مثيلة الحمض النووى بشكل شبه حصرى عند السيتوزين اللى بعديه الجوانين .

مثيلة الحمض النووى آليةً واسعة الانتشار للتأثير فوق الجينى على التعبير الجيني، وتُلاحظ فى البكتيريا وحقيقيات النوى ، ولها أدوار فى إسكات النسخ الموروث و تنظيم النسخ. تحدث المثيلة فى الغالب على السيتوزين (شوف الشكل). وتحدث مثيلة السيتوزين بشكل أساسى فى تسلسلات ثنائية النوكليوتيدات هناك بيتبع السيتوزين غوانين، و هو موقع CpG . عدد مواقع CpG فى الجينوم البشرى حوالى 28 مليون موقع. اعتماد على نوع الخلية، يحتوى حوالى 70% من مواقع CpG على سيتوزين مثيل. مثيلة السيتوزين فى الحمض النووى يلعب دور رئيسى فى تنظيم التعبير الجينى. فمثيلة مواقع CpG فى منطقة المحفز الجينى فى العاده تثبط نسخ الجين  فى الوقت نفسه تزيد مثيلة مواقع CpG فى جسم الجين من التعبير الجينى. وتلعب إنزيمات TET دور محورى فى إزالة مثيلة السيتوزينات المثيلة. وتؤدى إزالة مثيلة مواقع CpG فى محفز الجين بنشاط إنزيمات TET لزيادة نسخ الجين.

 التنظيم بعد النسخ 

فى حقيقيات النوى، تصدير الحمض النووى الريبوزى (RNA) ضرورى قبل إمكانية الترجمة، يُعتقد أن التصدير النووى يوفر تحكم إضافى فى التعبير الجينى. يتم نقل كل المواد من و للنواة عبر المسام النووية ، ويتم التحكم فى ده النقل بمجموعة واسعة من بروتينات الإمبورتين والإكسبورتين . لا يُمكن التعبير عن جين يُشفّر بروتين إلا إذا فضل الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) الحامل للشيفرة لفترة كافية ليتم ترجمته. فى الخلية النموذجية، لا يكون جزيء الحمض النووى الريبوزى مستقر إلا إذا كان محمى بشكلى خاص من التحلل. بيعتبرتحلل الحمض النووى الريبوزى مهم خاصة فى تنظيم التعبير الجينى فى الخلايا حقيقية النواة، حيث يتعين على الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) قطع مسافات طويلة قبل ترجمته. فى حقيقيات النوى، يتم تثبيت الحمض النووى الريبوزى (RNA) بتعديلات ما بعد النسخ، وبالخصوص غطاء 5′ والذيل متعدد الأدينين .Passmore LA, Coller J (February 2022). "Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 23 (2): 93–106. doi:10.1038/s41580-021-00417-y. PMC 7614307. PMID 34594027.

مش بس التحلل المتعمّد للـ mRNA بيتستخدم كآلية دفاع ضد الرنا الغريب (فى الغالب اللى جاى من فيروسات)، لكن كمان بيتستخدم كطريقة لعدم استقرار الـ mRNA نفسه. لو جزيء الـ mRNA عنده تسلسل مكمّل لتسلسل رنا متداخل صغير، بيتستهدف ويتدمّر عن طريق مسار تداخل الرنا.

 3 مناطق غير مترجمة رئيسية و microRNAs 

المناطق غير المترجمة 3′ (3′UTRs) فى الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) فى الغالب فيها تسلسلات تنظيمية تؤثر على التعبير الجينى بعد النسخ. تحتوى دى المناطق فى العاده على مواقع ارتباط لكل من الحمض النووى الريبوزى الميكروى (miRNAs) والبروتينات التنظيمية. بالارتباط بمواقع محددة جوه منطقة 3′-UTR، ممكن للحمض النووى الريبوزى الميكروى (miRNAs) أن يقلل من التعبير الجينى لمختلف أنواع الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) إما عن طريق تثبيط الترجمة أو التسبب مباشرةً فى تحلل النسخة. قد تحتوى منطقة 3′-UTR كمان على مناطق كابتة ترتبط ببروتينات مثبطة تمنع التعبير عن الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA). فى الغالب منطقة 3′-UTR فيها عناصر استجابة الحمض النووى الريبوزى الميكروى (MREs) . عناصر الاستجابة هيا تسلسلات ترتبط بيها جزيئات الحمض النووى الريبوزى الميكروى. هيا أنماط شائعة ضمن مناطق 3′-UTR. ومن كل الأنماط التنظيمية ضمن مناطق 3′-UTR (بما فيها مناطق كبت التعبير الجينى)، تشكل عناصر الاستجابة حوالى نصف الأنماط.

موقع miRBase الإلكترونى ، و هو أرشيف لتسلسلات miRNA و شروحها، سنة 2014، احتوى على 28,645 مدخل فى 233 نوع بيولوجى. من دى المدخلات، وُجد 1,881 miRNA فى مواقع miRNA بشرية مُشروحة. وتشير التوقعات لأن miRNAs ليها ما معدله 400 mRNA مستهدف (مؤثرة على التعبير عن شوية مئات من الجينات). وبيتقدر فريدمان وتانيين  أن اكتر من 45,000 موقع مستهدف لـ miRNA ضمن مناطق 3′UTR لـ mRNA البشرى محفوظة فوق مستويات الخلفية، و أن اكتر من 60% من الجينات البشرية المُشفّرة للبروتينات قد خضعت لضغط انتقائى للحفاظ على ارتباطها بـ miRNAs.

التجارب المباشرة بتبيين أن جزيء miRNA واحد يُمكنه تقليل استقرار مئات من جزيئات mRNA الفريدة. وتُظهر تجارب تانيه أن جزيء miRNA واحد قد يُثبط إنتاج مئات البروتينات، لكن التثبيط ده فى الغالب يكون طفيف نسبى (أقل من ضعفين).

يظهر ان تأثيرات اضطراب التعبير الجينى بالحمض النووى الريبوزى الميكروى (miRNA) مهمة فى السرطان. زى ، فى سرطانات الجهاز الهضمي، تم تحديد تسعة أنواع من الحمض النووى الريبوزى الميكروى (miRNA) على أنها متغيرة جينى وفعالة فى تثبيط إنزيمات تعديل الحمض النووى.

يظهر ان تأثيرات خلل تنظيم التعبير الجينى بالحمض النووى الريبوزى الميكروى (miRNA) مهمة كمان فى الاضطرابات النفسية العصبية، زى الفصام، والاضطراب ثنائى القطب، والاكتئاب الشديد، ومرض باركنسون، ومرض الزهايمر، واضطرابات طيف التوحد.

 ترجمة 
بديل=A chemical structure of neomycin molecule.|يسار|تصغير|النيوميسين هو مثال على جزيء صغير يقلل من التعبير عن كل جينات البروتينو ده يؤدى حتما لموت الخلية؛ و علشان كده فهو يعمل كمضاد حيوى .

التنظيم المباشر للترجمة أقل شيوع من التحكم فى النسخ أو استقرار الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA)، ولكنه بيستخدم أحيان. ويُعتبر تثبيط ترجمة البروتين هدف رئيسى للسموم والمضادات الحيوية ، علشان يمكنها قتل الخلية عن طريق تعطيل تنظيم التعبير الجينى الطبيعى فيها. وتشمل مثبطات تخليق البروتين المضاد الحيوى نيوميسين وسم الريسين .

 التعديلات اللى بعد كده للترجمة 

التعديلات اللى بعد كده للترجمة (PTMs) هيا تعديلات تساهمية تطرأ على البروتينات. ومثل عملية ربط الحمض النووى الريبوزى (RNA)، تُسهم دى التعديلات فى تنويع البروتينات بشكل ملحوظ. و فى العاده تُحفز دى التعديلات بالإنزيمات. و ذلك، ممكن عكس عمليات زى الإضافات التساهمية لبقايا السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية بإنزيمات تانيه. بس، بعض دى العمليات، زى التحلل البروتينى للهيكل الأساسى للبروتين، لا رجعة فيها.

التعديلات بعد الترجمة (PTMs) توصل أدوار مهمة كتيرة فى الخلية. فزى ، بيعتبرالفسفرة عنصر أساسى فى تنشيط البروتينات وتثبيطها، و فى مسارات الإشارات الخلوية. كما تُشارك التعديلات ما بعد الترجمة فى تنظيم النسخ: علشان تتمثل واحده من الوظايف المهمة للأستلة والمثيلة فى تعديل ذيل الهيستون،و ده يُغير مدى سهولة الوصول لالحمض النووى (DNA) لعملية النسخ. ويمكن ملاحظة دى التعديلات كمان فى الجهاز المناعي، حيث تلعب الغلكزة دور محورى. ويمكن لنوع واحد من التعديلات ما بعد الترجمة أن يُحفز نوع آخر، كما يتضح فى كيفية وسم اليوبيكويتين للبروتينات لتحللها عبر التحلل البروتينى. و لجانب دوره فى تكسير البروتينات، بيعتبرالتحلل البروتينى مهم كمان فى تنشيطها وتثبيطها، و فى تنظيم العمليات البيولوجية زى نسخ الحمض النووى (DNA) وموت الخلايا.

 قياس 
تصغير|مخطط كاريوجرامى لإنسان ، يوضح نظرة عامة على التعبير عن الجينوم البشرى باستخدام تقنية G banding ، هيا طريقة تتضمن تلوين جيمزا ، حيث تكون المناطق ذات التلوين الأفتح اكتر نشاط من الناحية النسخية بشكل عام، المناطق الداكنة تكون أقل نشاطًا.

قياس التعبير الجينى جزء مهم من كتير من علوم الحياة ، علشان أن القدرة على تحديد مستوى التعبير عن جين معين جوه الخلية أو النسيج أو الكائن الحى تُتيح الحصول على معلومات قيّمة.

 تحديد إذا كانت الخلية مصابة بعدوى فيروسية (بالتعبير عن بروتينات فيروسية).
 تحديد قابلية الشخص للإصابة بالسرطان (بالتعبير عن الجينات المسرطِنة).
 معرفة إذا كانت البكتيريا مقاومة للبنسلين (عن طريق التعبير عن إنزيم بيتا-لاكتاميز).
 تحليل التعبير الجينى بيقيّم مجموعة من الجينات علشان يساعدنا نفهم الآلية الأساسية اللى الخلية شغّالة بيها. والطريقة دى بقت بتتستخدم أكتر و أكتر فى علاج السرطان، خصوص فى توجيه العلاج الكيماوى الموجّه. (راجع RNA-Seq وDNA microarray لمزيد من التفاصيل).

تحليل موقع التعبير البروتينى أداةً فعّالة، ويمكن إجراؤه على مستوى الكائن الحى أو الخلية. والبحث فى التموضع مهم خاصة لدراسة النمو فى الكائنات متعددة الخلايا، وكمؤشر على وظيفة البروتين فى الخلايا المفردة. ومن الناحية المثالية، يتم قياس التعبير عن طريق الكشف عن الناتج الجينى النهائى (وهو البروتين بالنسبة للكتير من الجينات)؛ بس، فى الغالب يكون من الأسهل الكشف عن واحد من السلائف، و فى العاده يكون mRNA ، واستنتاج مستويات التعبير الجينى من دى القياسات.

 تحديد كمية الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) 
يمكن قياس مستويات الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) كمى باستخدام تقنية التلطيخ الشمالى ، اللى توفر معلومات عن حجم وتسلسل جزيئات mRNA. تُفصل عينة من الحمض النووى الريبوزى على هلام الأغاروز وتُهجن مع مسبار RNA موسوم إشعاعى ومكمل للتسلسل المستهدف. بعدين يُكشف عن الحمض النووى الريبوزى الموسوم إشعاعى بجهاز التصوير الإشعاعى الذاتى . علشان استخدام الكواشف المشعة يجعل الإجراء يستغرق وقت طويل وممكن يكون خطير، فقد اتطورت طرق بديلة للوسم والكشف، زى تقنيات الديجوكسيجينين والبيوتين. من عيوب التلطيخ الشمالى أنه يتطلب كميات كبيرة من الحمض النووى الريبوزي، و لا يكون القياس الكمى دقيق تمام، لأنه بيعتمد على قياس شدة الحزمة فى صورة الهلام. من ناحية تانيه، تسمح معلومات حجم mRNA الإضافية من التلطيخ الشمالى بالتمييز بين النسخ المنسوخة بالتضفير البديل.

تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمى فى الوقت الحقيقى (RT-qPCR) طريقة تانيه لقياس وفرة الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA). فى دى التقنية، بتتعمل  عملية النسخ العكسى متبوعةً بتفاعل البوليميراز المتسلسل الكمى (qPCR) . تُنتج عملية النسخ العكسى أول قالب من الحمض النووى (DNA) من الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA)؛ ويُسمى ده القالب أحادى السلسلة الحمض النووى التكميلى (cDNA ). بعدين يُضخّم قالب الحمض النووى التكميلى (cDNA) فى الخطوة الكمية، حيث يتغير مستوى الفلورة المنبعثة من مجسات التهجين الموسومة أو الأصباغ المتداخلة مع تقدم عملية تضخيم الحمض النووى . باستخدام منحنى معيارى مُعدّ بعناية، يُمكن لتفاعل البوليميراز المتسلسل الكمى (qPCR) إنتاج قياس مطلق لعدد نسخ الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA) الأصلي، فى العاده بوحدات نسخ لكل نانولتر من الأنسجة المتجانسة أو نسخ لكل خلية. يتميز تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمى (qPCR) بحساسية عالية اوى (يُمكن نظرى الكشف عن جزيء واحد من الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA))، ولكنه ممكن يكون مكلف اعتماد على نوع المؤشر المستخدم؛ فمجسات الأوليغونوكليوتيدات الموسومة بالفلورة أغلى من الأصباغ الفلورية المتداخلة غير النوعية.

لتحليل التعبير الجينى ، أو التحليل عالى الإنتاجية للكتير من الجينات ضمن عينة واحدة، ممكن إجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمى (qPCR) لمئات الجينات فى وقت واحد فى حالة المصفوفات منخفضة الكثافة. وثمة نهج آخر يتمثل فى مصفوفة التهجين . قد تحتوى مصفوفة واحدة أو "شريحة" على مجسات لتحديد مستويات النسخ لكل جين معروف فى جينوم كائن حى واحد أو اكتر. وبدل ذلك، ممكن استخدام تقنيات "الوسم" زى التحليل التسلسلى للتعبير الجينى (SAGE) وتسلسل الحمض النووى الريبوزى (RNA-Seq )، اللى توفر قياس نسبى للتركيز الخلوى لأنواع مختلفة من الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA). ومن مزايا الطرق القائمة على الوسوم "بنيتها المفتوحة"،و ده يسمح بالقياس الدقيق لأى نسخة، سواء كانت ذات تسلسل معروف أو مش معروف. وبيعتبرتسلسل الجيل اللى بعد كده (NGS) زى تسلسل الحمض النووى الريبوزى ( RNA-Seq ) نهج آخر، حيث ينتج كميات هائلة من بيانات التسلسل اللى ممكن مدورتها مع جينوم مرجعى. رغم ان تقنية التسلسل الجينى من الجيل اللى بعد كده (NGS) تستغرق وقتاً طويل نسبى، ومكلفة، وتستهلك موارد كثيرة، إلا أنها قادرة على تحديد تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة ، والمتغيرات الناتجة عن التضفير، والجينات الجديدة، ويمكن استخدامها كمان لتحليل التعبير الجينى فى الكائنات الحية اللى لا تتوفر عنها معلومات تسلسلية كافية أو معدومة.

 تحديد كمية البروتين 
بالنسبة للجينات اللى تشفر البروتينات، ممكن تقييم مستوى التعبير بشكل مباشر بعدد من الطرق مع بعض أوجه التشابه الواضحة مع تقنيات تحديد كمية الحمض النووى الريبوزى الرسول (mRNA). واحده من اكتر الطرق شيوع هيا إجراء تحليل ويسترن بلوت ضد البروتين المطلوب. يوفر ده التحليل معلومات عن حجم البروتين و هويته. تُفصل عينة (فى الغالب مستخلص خلوى) على هلام بولى أكريلاميد ، بعدين تُنقل لغشاء، وتُفحص باستخدام جسم مضاد للبروتين المطلوب. ممكن ربط الجسم المضاد إما بصبغة فلورية أو بإنزيم بيروكسيداز الفجل للتصوير و/أو القياس الكمى. طبيعة ده التحليل القائمة على الهلام تخللى القياس الكمى أقل دقة، ولكنه يتميز بقدرته على تحديد التعديلات اللى بعد كده على البروتين، زى التحلل البروتينى أو إضافة اليوبيكويتين، بالتغيرات فى الحجم.

 العلاقة بين الحمض النووى الريبوزى الرسول والبروتين 
النسخ بيعكس التعبير الجينى بشكل مباشر، لكن عدد نسخ جزيئات الـ mRNA مش مرتبط ارتباط مباشر بعدد جزيئات البروتين اللى بتتترجم منه. قياس كلىّ من البروتين والـ mRNA بيسمح نربط بين المستويين دول. وكمان تنظيم كل خطوة من خطوات التعبير الجينى ممكن يأثر على العلاقة دي، زى ما هو واضح فى تنظيم عملية الترجمة  أو استقرار البروتين. كمان ممكن عوامل ما بعد الترجمة، زى نقل البروتين فى الخلايا شديدة الاستقطاب  تؤثر على الارتباط المقاس بين mRNA والبروتين.

 التوطين 
بديل=Visualization of hunchback mRNA in Drosophila embryo.|تصغير|التهجين الموضعى لأجنة ذبابة الفاكهة فى مراحل نمو مختلفة للكشف عن الحمض النووى الريبوزى الرسول المسؤول عن التعبير عن جين "هانشباك ". تشير شدة اللون الأزرق العالية لالمناطق ذات الكمية العالية من الحمض النووى الريبوزى الرسول لجين "هانشباك".

تحليل التعبير الجينى مش بس بيبقى تحديد كمي، ده كمان ممكن نعرف مكانه فين.

ممكن نكشف عن mRNA باستخدام شريط mRNA مكمل ومتوسّم بطريقة مناسبة، وبرضه نقدر نكشف عن البروتين باستخدام أجسام مضادة متوسّمة.

بعد كده، العيّنة اللى عايزين نحلّلها بتت فحص تحت الميكروسكوب عشان نحدّد مكان وجود الـmRNA أو البروتين.
بديل=A ribbon diagram of green fluorescent protein resembling barrel structure.|left|تصغير|200x200بك|البنية ثلاثية الأبعاد للبروتين الفلورى الأخضر . الأحماض الأمينية الموجودة فى مركز "البرميل" مسؤولة عن إنتاج الضوء الأخضر بعد التعرض لضوء أزرق ذى طاقة أعلى. من PDB : 1EMA
باستبدال الجين بنسخة جديدة مُدمجة مع بروتين فلورى أخضر أو ما شابه، يُمكن قياس التعبير الجينى مباشرةً فى الخلايا الحية. ويتم ذلك بالتصوير باستخدام مجهر فلورى . صعب اوى استنساخ بروتين مُدمج مع البروتين الفلورى الأخضر فى موقعه الأصلى فى الجينوم دون التأثير على مستويات التعبير، لذا فى الغالب يتعذر استخدام دى الطريقة لقياس التعبير الجينى الداخلى. رغم ده ، تُستخدم دى الطريقة على نطاق واسع لقياس التعبير عن جين مُدخل اصطناعى لالخلية، زى عبر ناقل تعبير . بدمج بروتين مُستهدف مع مُؤشر فلوري، يُمكن تغيير سلوك البروتين بشكل ملحوظ، بما فيها موقعه الخلوى ومستوى تعبيره.

اختبار المقايسة المناعية المرتبطة بالإنزيم (ELISA) بيعتمد على استخدام أجسام مضادة مثبتة على صفيحة ميكروية لالتقاط البروتينات المستهدفة من العينات المضافة لالبئر. وباستخدام جسم مضاد كاشف مرتبط بإنزيم أو فلوروفور، ممكن قياس كمية البروتين المرتبط بدقة عن طريق الكشف الفلورى أو اللونى . تشبه عملية الكشف لحد كبير عملية لطخة ويسترن، لكن بتجنب خطوات الهلام، ممكن تحقيق قياس كمى اكتر دقة.

 التعبير الجينى المغاير 
التعبير الجينى المغاير هو اننا ناخد جين من كائن حى ونخليه يشتغل فى كائن تانى مكنش عنده الجين ده طبيعيا.

الطريقة دى مستخدمة كتير فى الهندسة الوراثية زى انتاج الانسولين البشرى باستخدام البكتيريا.

 أهمية التعبير الجينى فى علم الوراثة 
فى علم الوراثة، التعبير الجينى هو المرحلة الأساسية اللى من خلالها التركيب الوراثى بيتحول لصفات ظاهرة على الكائن الحى. المعلومات الوراثية المخزنة فى الحمض النووى بتبقى مجرد تعليمات، لكن تفسير التعليمات دى ونتيجتها الفعلية بيعتمد على التعبير الجينى. خصائص التعبير الجينى هيا اللى بتحدد النمط الظاهرى للكائن، وغالبا الصفات دى بتظهر عن طريق تكوين بروتينات بتتحكم فى شكل ووظيفة الكائن الحي، أو عن طريق تنشيط إنزيمات بتنظم مسارات أيضية معينة بتميز كل كائن حى عن غيره.

 مراجع 

 لينكات برانيه 

 قاعدة بيانات عوامل النسخ النباتية ومنصة بيانات وتحليل تنظيم النسخ النباتي

تعبير چينى