التنظيم الجيني للكائن الحي:
لا تستطيع الجينات التحكم في الكائن الحي بمفردها، حيث بدلاً من ذلك يجب عليهم التفاعل مع بيئة الكائن الحي والاستجابة لها، بعض الجينات تكون تأسيسية أو تعمل دائمًا بغض النظر عن الظروف البيئية، إذ تعد هذه الجينات من بين أهم عناصر جينوم الخلية، وهي تتحكم في قدرة الحمض النووي على التكاثر والتعبير عن نفسه وإصلاح نفسه.
تتحكم هذه الجينات أيضًا في تخليق البروتين والكثير من التمثيل الغذائي المركزي للكائن الحي، في المقابل هناك حاجة إلى الجينات الخاضعة للتنظيم فقط في بعض الأحيان، ولكن كيف يتم تشغيل وإيقاف هذه الجينات وما الجزيئات المحددة التي تتحكم عند التعبير عنها.
اتضح أن تنظيم مثل هذه الجينات يختلف بين بدائيات النوى وحقيقيات النوى، حيث بالنسبة إلى بدائيات النوى تكون معظم البروتينات التنظيمية سلبية وبالتالي توقف عمل الجينات، تعتمد الخلايا على ارتباط البروتين بجزيء صغير، حيث يشير الترابط أو الجزيء الصغير إلى حالة الخلية وما إذا كان هناك حاجة إلى التعبير الجيني.
يرتبط البروتين المثبط أو المنشط بالقرب من هدفه التنظيمي الجين، حيث يجب أن تحتوي بعض البروتينات المنظمة على رابطة مرتبطة بها لتكون قادرة على الارتباط، في حين أن البعض الآخر غير قادر على الارتباط عند ربطه بروابط، وفي بدائيات النوى تكون معظم البروتينات التنظيمية خاصة بجين واحد على الرغم من وجود عدد قليل من البروتينات التي تعمل على نطاق أوسع.
على سبيل المثال ترتبط بعض المثبطات بالقرب من بداية إنتاج الرنا المرسال لعامل كامل أو مجموعة من الجينات المحكومة علاوة على ذلك، تحتوي بعض المكثفات على نظام ضبط دقيق يُعرف باسم التوهين والذي يستخدم بنية (mRNA) لإيقاف كل من النسخ والترجمة اعتمادًا على تركيز إنزيمات المنتج النهائي للأوبرا.
التنظيم الجيني في حقيقيات النوى:
في حقيقيات النوى لا يوجد مكافئ دقيق للتوهين؛ لأن النسخ يحدث في النواة وتحدث الترجمة في السيتوبلازم، مما يجعل هذا النوع من التأثير المنسق مستحيلًا، وذلك في مجموعات كبيرة من الجينات، حيث يتغير عامل سيغما لبوليميراز الحمض النووي الريبي عدة مرات؛ لإنتاج أبواغ مقاومة للحرارة والجفاف.
وبالنسبة لحقيقيات النوى يتم تحديد الاختلافات بين الخلايا عن طريق التعبير عن مجموعات مختلفة من الجينات، على سبيل المثال تبدو البويضة المخصبة غير المتمايزة وتعمل بشكل مختلف تمامًا عن خلية الجلد أو الخلايا العصبية أو الخلية العضلية، بسبب الاختلافات في الجينات التي تعبر عنها كل خلية.
تعمل الخلية السرطانية بشكل مختلف عن الخلية الطبيعية لنفس السبب فهي تعبر عن جينات مختلفة، وباستخدام تحليل ميكروأري يمكن للعلماء استخدام هذه الاختلافات للمساعدة في تشخيص واختيار العلاج المناسب للسرطان.
ومن المثير للاهتمام في حقيقيات النوى أن الحالة الافتراضية للتعبير الجيني هي إيقاف التشغيل بدلاً من التشغيل كما هو الحال في بدائيات النوى، حيث يكمن السر في الكروماتين أو معقد الحمض النووي وبروتينات الهيستون الموجودة داخل النواة الخلوية.
تعتبر الهستونات من أكثر البروتينات المعروفة التي تم حفظها تطوريًا فهي حيوية لرفاهية حقيقيات النوى وتتحمل القليل من التغيير، عندما يرتبط جين معين بإحكام بالهيستون فإن هذا الجين متوقف، ولكن كيف إذن تنجح الجينات حقيقية النواة في الهروب من هذا الإسكات؟ حيث إن هذا هو المكان الذي يلعب فيه كود هيستون.
كما يتضمن هذا الكود تعديلات على الأحماض الأمينية موجبة الشحنة للهستونات لإنشاء بعض المجالات التي يكون فيها الحمض النووي أكثر انفتاحًا والبعض الآخر مرتبطًا بإحكام شديد، مثيلة الحمض النووي هي إحدى الآليات التي يبدو أنها منسقة مع تعديلات الهيستون خاصة تلك التي تؤدي إلى إسكات التعبير الجيني.
يمكن أيضًا أن تشارك (RNAs) الصغيرة غير المشفرة مثل (RNAi) في العمليات التنظيمية التي تشكل كروماتين صامت، ومن ناحية أخرى عندما يتم أسيتيل ذيول جزيئات الهيستون في مواقع محددة يكون لهذه الجزيئات تفاعل أقل مع الحمض النووي مما يجعلها أكثر انفتاحًا.
تنظيم فتح مثل هذه المجالات هو موضوع ساخن في البحث على سبيل المثال، يعرف الباحثون الآن أن مجمعات البروتينات التي تسمى مجمعات إعادة تشكيل الكروماتين، والتي تستخدم (ATP) لإعادة تجميع الحمض النووي في تكوينات أكثر انفتاحًا، إذ قرر العلماء أيضًا أنه من الممكن أن تحافظ الخلايا على نفس رمز هيستون وأنماط مثيلة الحمض النووي من خلال العديد من الانقسامات الخلوية.
يسمى هذا الاستمرارية دون الاعتماد على الاقتران الأساسي علم التخلق، وهناك أدلة كثيرة على أن التغيرات اللاجينية تسبب العديد من الأمراض البشرية.
