גן רגולטורי

בגנטיקה, גן רגולטורי (regulator) או גן מווסת הוא גן המעורב בשליטה בהתבטאות של גן אחד או יותר. רצפים גנטיים רגולטוריים, המקודדים לגנים מווסתים, נמצאים לעיתים קרובות בקצה ה-5 פריים (5'), אתר ההתחלה של שעתוק הגן שהם מווסתים. בנוסף, ניתן למצוא רצפים אלו גם בקצה ה-3 פריים (3'), לאתר תחילת השעתוק. בשני המקרים, בין אם הרצף הרגולטורי מתרחש לפני (5') או אחרי (3') הגן שהוא מווסת, הרצף לרוב נמצא במרחק של קילו-בסיסים רבים מאתר תחילת השעתוק. גן מווסת עשוי לקודד לחלבון או לעבוד ברמת RNA, כמו במקרה של גנים המקודדים למיקרו-RNA. דוגמה לגן מווסת הוא גן המקודד לחלבון מדכא המעכב את פעילותו של אופרון, גן הקושר חלבונים מדכאים ובכך מעכב את התרגום של RNA לחלבון באמצעות RNA פולימראז.

בפרוקריוטים, גנים מווסתים מקודדים לעיתים קרובות לחלבונים מדכאים. חלבונים מדכאים נקשרים למפעילים או לקדמים ומונעים מ-RNA פולימראז לשעתק RNA. הם בדרך כלל מתבטאים כל הזמן כך שלתא תמיד יש אספקה של מולקולות מדכאות בהישג יד. מעוררים (inducers) גורמים לחלבונים מדכאים לשנות צורה או להיות בלתי מסוגלים לקשור DNA, מה שמאפשר ל-RNA פולימראז להמשיך בשעתוק. גנים מווסתים יכולים להיות ממוקמים בתוך אופרון, צמוד אליו או רחוק ממנו.

גנים רגולטוריים אחרים מקודדים לחלבוני מפעילים (activator proteins). מפעיל נקשר לאתר על מולקולת ה-DNA וגורם להגברה בשעתוק של גן סמוך. בפרוקריוטים, חלבון מפעיל ידוע הוא חלבון מפעיל קטבוליט (CAP), המעורב בשליטה חיובית על אופרון הלקטוז.

בוויסות של ביטוי גנים, שנחקר בביולוגיה התפתחותית אבולוציונית (evo-devo), גם מפעילים וגם מדכאים ממלאים תפקידים חשובים.

ניתן לתאר גנים רגולטוריים כמווסתים חיוביים או שליליים, על סמך התנאים הסביבתיים המקיפים את התא. מווסתים חיוביים הם אלמנטים רגולטוריים המאפשרים קישור של RNA פולימראז לאזור הקדם, ובכך מאפשרים לתעתוק להתרחש. במונחים של אופרון הלקטוז, הרגולטור החיובי יהיה קומפלקס CRP-cAMP שחייב להיות קשור קרוב לאתר של תחילת השעתוק של גני אופרון הלקטוז. הקישור של הרגולטור החיובי הזה מאפשר ל-RNA פולימראז להיקשר בהצלחה לקדם של רצף הגנים של אופרון הלקטוז אשר קדם את השעתוק של גנים lac Z, lac Y ו-lac A.

מווסתים שליליים הם אלמנטים רגולטוריים אשר חוסמים את הקישור של RNA פולימראז לאזור הפרומטור, ובכך מדכאים את השעתוק. במונחים של אופרון הלקטוז הרגולטור השלילי יהיה "מדכא אופרון הלקטוז (lac repressor) אשר נקשר לקדם באותו אתר שאליו RNA פולימראז קושר בדרך כלל. הקישור של מדכא אופרון הלקטוז לאתר הקישור של RNA פולימראז מעכב את השעתוק של גני אופרון הלקטוז. רק כאשר מעורר נקשר למדכא אופרון הלקטוז, אתר הקישור יהיה פנוי עבור RNA פולימראז לביצוע שעתוק של גנים.

 אלמנטים רגולטוריים של גנים 
קדמים שוכנים בתחילת הגן ומשמשים כאתר שבו מכונות השעתוק מתאספות ומתחיל שעתוק הגן. מעצמים מפעילים את הקדמים במיקומים, בזמנים וברמות ספציפיים וניתן להגדיר אותם כ"קדמי הקדם". סבורים שמשתיקים מכבים את ביטוי הגנים בנקודות זמן ובמיקומים ספציפיים. מבודדים, הנקראים גם אלמנטים גבוליים, הם רצפי DNA היוצרים גבולות רגולטוריים (cis-regulatory - הקידומת הלטינית cis פירושה "בצד זה", כלומר על אותה מולקולה של DNA כמו הגן/ים שיש לתעתק) המונעים מהאלמנטים הרגולטוריים של גן אחד להשפיע על גנים שכנים. האלמנטים הרגולטוריים הללו מופעלים על ידי קישור של גורמי שעתוק, חלבונים שנקשרים לרצפי DNA ספציפיים ושולטים על שעתוק mRNA. יכולים להיות מספר גורמי שעתוק שצריכים להיקשר לאלמנט רגולטורי אחד כדי להפעיל אותו. חלבונים אחרים, "קו-פקטורי שעתוק", נקשרים לגורמי התעתוק עצמם כדי לשלוט בתעתוק.

 רגולטורים שליליים 
רגולטורים שליליים פועלים למניעת שעתוק. דוגמאות כגון cFLIP מדכאות מנגנוני מוות תאי המובילים להפרעות פתולוגיות כמו סרטן, ובכך ממלאות תפקיד מכריע בעמידות לתרופות. עקיפה של שחקנים כאלה היא אתגר בטיפול בסרטן. מווסתים שליליים של מוות תאי בסרטן כוללים cFLIP, Bcl2 family, Survivin, HSP, IAP, NF-KB, Akt, mTOR ו-FADD.

 איתור 
ישנן מספר טכניקות לאיתור גנים מווסתים, חלקן טכניקות שמשתמשים בהן בתדירות גבוהה יותר. למשל צ'יפ-צ'יפ (ChIP-on-chip), טכניקת אין ויוו המשלבת מיצוי נוגדני של כרומטין עם מערך DNA ומשמשת לקביעת אתרי קישור גנומיים לגורמי שעתוק במווסתי תגובה של שני רכיבים. בדיקה מבוססת מיקרו-מערך במבחנה (DAP-chip) יכולה לשמש לקביעת יעדי גנים ותפקודים של מערכות התמרה בעלות שני מרכיבים. בדיקה זו מנצלת את העובדה שניתן לזרחן מווסתים של תגובה וכך להפעיל בניסוי מבחנה תורמי מולקולה קטנות כמו אצטיל פוספט.

 טביעת רגל פילוגנטית 
טביעת רגל פילוגנטית היא טכניקה המשתמשת ביישורי רצף מרובים כדי לקבוע מיקומים של רצפים שמורים כגון אלמנטים רגולטוריים. יחד עם יישורי רצף מרובים, טביעת רגל פילוגנטית דורשת גם שיעורים סטטיסטיים של רצפים שמורים ולא שמורים. באמצעות המידע המסופק על ידי יישורי רצף מרובים ושיעורים סטטיסטיים, ניתן לזהות את המוטיבים השמורים ביותר באזורים האורתולוגיים הרלוונטיים.

 קישורים חיצוניים 





 הערות שוליים 

קטגוריה:גנטיקה
קטגוריה:אבולוציה