ما هو التعبير الجيني ؟.. وطرق قياسه

كتابة: نورهان ناصر آخر تحديث: 24 أغسطس 2021 , 16:00

تعريف التعبير الجيني

التعبير الجيني هو عملية منظمة للغاية ومعقدة تبدأ بالحمض النووي المنسوخ إلى الحمض النووي الريبي، والذي يترجم بعد ذلك إلى بروتين.

تحتوي كل خلية جسدية في الجسم بشكل عام على نفس الحمض النووي، تشمل بعض الاستثناءات خلايا الدم الحمراء، التي لا تحتوي على الحمض النووي في حالتها الناضجة، وبعض خلايا الجهاز المناعي التي تعيد ترتيب الحمض النووي أثناء إنتاج الأجسام المضادة، بشكل عام، فإن الجينات التي تحدد ما إذا كان لديك عيون خضراء، وشعر بني، ومدى سرعة استقلاب الطعام هي نفسها في خلايا عينيك وكبدك، على الرغم من أن هذه الأعضاء تعمل بشكل مختلف تمامًا.[1]

تنظيم التعبير الجيني

في حين أن كل خلية تشترك في نفس الجينوم وتسلسل الحمض النووي، فإن كل خلية لا تقوم بتشغيل أو التعبير عن نفس مجموعة الجينات، يحتاج كل نوع خلية إلى مجموعة مختلفة من البروتين ات لأداء وظيفته، لذلك، يتم التعبير عن مجموعة فرعية صغيرة فقط من البروتينات في الخلية التي تشكل البروتين الخاص بها، من أجل التعبير عن البروتينات، يجب نسخ الحمض النووي إلى RNA ويجب ترجمة RNA إلى بروتين، في نوع خلية معين، لا يتم نسخ جميع الجينات المشفرة في الحمض النووي إلى RNA أو ترجمتها إلى بروتين لأن خلايا معينة في أجسامنا لها وظائف محددة.

ويتم التعبير عن البروتينات المتخصصة التي تتكون منها العين (القزحية والعدسة والقرنية) فقط في العين، بينما يتم التعبير عن البروتينات المتخصصة في القلب (خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب وعضلة القلب والصمامات) فقط في القلب، في أي وقت، يتم التعبير عن مجموعة فرعية فقط من جميع الجينات المشفرة بواسطة الحمض النووي لدينا وترجمتها إلى بروتينات، يعد التعبير عن جينات معينة عملية شديدة التنظيم مع العديد من مستويات ومراحل التحكم، يضمن هذا التعقيد التعبير المناسب في الخلية المناسبة في الوقت المناسب.

التعبير الجيني في بدائية النواة

تنظم بدائيات النوى التعبير الجيني عن طريق التحكم في كمية النسخ، في حين أن التحكم في حقيقيات النوى أكثر تعقيدًا، ولفهم كيفية تنظيم التعبير الجيني، يجب علينا أولاً أن نفهم كيف يرمز الجين لبروتين وظيفي في الخلية، تحدث العملية في كل من الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة، ولكن بطريقة مختلفة قليلاً.

الكائنات بدائية النواة هي كائنات وحيدة الخلية تفتقر إلى نواة محددة؛ لذلك ، يطفو الحمض النووي الخاص بهم بحرية داخل سيتوبلازم الخلية، لتجميع البروتين، تحدث عمليتا النسخ (DNA to RNA) والترجمة (RNA إلى البروتين) في وقت واحد تقريبًا، وعندما لا تكون هناك حاجة للبروتين الناتج، يتوقف النسخ، وبالتالي، فإن تنظيم النسخ هو الطريقة الأساسية للتحكم في نوع البروتين ومقدار كل بروتين يتم التعبير عنه في خلية بدائية النواة، تحدث جميع الخطوات اللاحقة تلقائيًا، وعندما يتطلب الأمر المزيد من البروتين، يحدث المزيد من النسخ، لذلك، في الخلايا بدائية النواة، يكون التحكم في التعبير الجيني في الغالب على مستوى النسخ.

تنظيم التعبير الجيني في حقيقية النواة

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على عضيات داخل الخلايا تزيد من تعقيدها في الخلايا حقيقية النواة، يتم احتواء الحمض النووي داخل نواة الخلية حيث يتم نسخه إلى الحمض النووي الريبي، ثم يتم نقل الحمض النووي الريبي المركب حديثًا من النواة إلى السيتوبلازم حيث تقوم الريبوسومات بترجمة الحمض النووي الريبي إلى بروتين.

يتم فصل عمليات النسخ والترجمة ماديًا بواسطة الغشاء النووي؛ يحدث النسخ فقط داخل النواة، ولا تحدث الترجمة إلا خارج النواة داخل السيتوبلازم، ويمكن أن يحدث تنظيم التعبير الجيني في جميع مراحل العملية، قد يحدث التنظيم عندما يكون الحمض النووي غير ملفوف ويتم فكه من النيوكليوسومات لربط عوامل النسخ (علم التخلق)، أو عندما يتم نسخ الحمض النووي الريبي (مستوى النسخ)، أو عندما تتم معالجة الحمض النووي الريبي وتصديره إلى السيتوبلازم بعد نسخه (مستوى ما بعد النسخ)، أو عندما يتم ترجمة الحمض النووي الريبي إلى بروتين (مستوى متعدية)، أو بعد صنع البروتين (مستوى ما بعد الترجمة).

طرق قياس التعبير الجيني

يعتبر التعبير الجيني ديناميكيًا، وقد يعمل نفس الجين بطرق مختلفة في ظل ظروف مختلفة، على سبيل المثال  تخيل أن كائنين لهما أنماط وراثية متشابهة ولكنهما يختلفان في الأنماط الظاهرية، ما سبب هذا الاختلاف في النمط الظاهري؟ هل يمكن أن ينبع الاختلاف من اختلاف تنظيم التعبير الجيني؟ هل يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على التعبير عن الحمض النووي للكائن الحي، هل يمكن أن يكون هناك عامل آخر مسؤول؟ للإجابة على هذه الأنواع من الأسئلة، غالبًا ما يستخدم الباحثون تقنيات معملية مثل المقياس الشمالي أو التحليل التسلسلي للتعبير الجيني (SAGE)، كلتا الطريقتين تجعل من الممكن تحديد الجينات التي تم تشغيلها والتي تم إيقاف تشغيلها داخل الخلايا،بعد ذلك ، يمكن استخدام هذه المعلومات للمساعدة في تحديد الظروف التي تؤدي إلى التعبير عن الجينات المختلفة.

تعمل كل من المقاييس الشمالية وتحليلات SAGE عن طريق قياس مستويات الرنا، وبالتالي، من خلال تحديد نسخ mRNA الموجودة في الخلية، يمكن للعلماء تحديد الجينات التي يتم التعبير عنها في تلك الخلية في مراحل مختلفة من التطور وفي ظل ظروف بيئية مختلفة.

التعبير الجيني في الخلايا الجذعية

يحافظ التقسيم المتماثل على خطوط الخلايا الجذعية ويؤدي الانقسام غير المتماثل إلى إنتاج خلايا متباينة، والخلايا الجذعية هي خلايا بيولوجية غير متمايزة توجد في الكائنات متعددة الخلايا، ويمكن أن تتمايز إلى خلايا متخصصة (انقسام غير متماثل) أو يمكن أن تنقسم لإنتاج المزيد من الخلايا الجذعية (الانقسام المتماثل).

في الثدييات، هناك نوعان عريضان من الخلايا الجذعية: الخلايا الجذعية الجنينية المعزولة من كتلة الخلايا الداخلية للكيسات الأريمية، والخلايا الجذعية البالغة الموجودة في الأنسجة المختلفة، وفي الكائنات الحية البالغة، تعمل الخلايا الجذعية والخلايا السلفية كنظام إصلاح للجسم عن طريق تجديد الأنسجة البالغة.

في الجنين النامي، يمكن للخلايا الجذعية أن تتمايز إلى جميع الخلايا المتخصصة (بما في ذلك الأديم الظاهر وخلايا الأديم الباطن والأديم المتوسط) ولكنها تحافظ أيضًا على الدوران الطبيعي للأعضاء المتجددة، مثل الدم أو الجلد أو الأنسجة المعوية، و يشمل المسار الذي يتم اتخاذه لإنتاج الخلايا المتخصصة ما يلي: تتطور الخلايا الجنينية من الخلايا الكاملة إلى الخلايا متعددة القدرات التي تخضع للتمايز وتصبح أكثر تخصصًا، ومع ذلك، فإن العنصر الرئيسي في القدرة على الحفاظ على الأنسجة هو القدرة على الحفاظ على مفتاح الخلايا الجذعية.[2]

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق