خاموشی ژن

[سید لفته فردزاده]

خاموشی ژن به پدیدۀ کاهش بیان و یا توقف کامل یک ژن ( توالی DNA و یا توالی RNA ) که قبلا بیان شده گفته می شود.
بطور کلی پدیدۀ خاموشی ژن در دو سطح قابل بررسی است :

خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی
(Transcriptional Gene Silencing = TGS)

خاموشی ژن پس از رونویسی
(Post Transcriptional Gene Silencing = PTGS)

در نتیجه خاموشی ژن در گیاهان می تواند نتیجه جلوگیری از رونویسی ژن و یا تخریب mRNA رونویسی شده باشد.


در مهندسی ژنتیک به منظور اصلاح گیاهان برای افزایش کمی و کیفی محصولات گیاهی و ایجاد مقاومت به بیماری ها و آفات، از فناوری انتقال ژن های مطلوب استفاده می شود. در برخی موارد در فرایند انتقال این ژن ها به گیاهان، پدیدۀ خاموشی ژن دیده می شود که ترانش ژن بیان نشده یکی از علل این پدیده است. این نوع خاموشی ژن به دو دسته تقسیم می شود که عبارتند از:

خاموشی ژن براثر موقعیت ترانس ژن
خاموشی ژن براثر هومولوژی ترانس ژن ها

خاموشی ژن براثر موقعیت ترانس ژن
هنگامی که یک نسخه از ترانس ژن به داخل ژن میزبان منتقل می شودممکن است نواحی اطراف ترانس ژن روی بیان آن اثر بگذارند و به عبارتی باعث خاموشی ترانس ژن شوند. این نوع خاموشی قابل پیش بینی نیست، زیرا احتمالاً محل قرارگیری ترانس ژن ها مانند نواحی هتروکروماتین، روی بیان این ژن ها اثر می گذارند. به این پدیده موقعیت ژن می گویند.
خاموشی ژن براثر هومولوژی ترانس ژن ها
اگر چندین نسخه از ژن وارد ژنوم میزبان شود ممکن است بر اساس هومولوژی و شباهت بین توالی ها، خاموشی ژن رخ بدهد. این عمل به دو صورت امکان پذیر است:
الف) هومولوژی کامل بین دو ترانس که منجر به تولید dsRNA می شود.
ب) هومولوژی بخشی از ترانس ژن ها که در این حالت ممکن است برخی از ترانس ژن ها به صورت معکوس ( Inverted DNA Repeat ) در ژنوم قرار گیرند.در این صورت هومولوژی بین آنها در مراحل بعدی باعث خاموشی ژن میشود.
انواع خاموشی ژن بر اساس هومولوژی ترانس ژن ها
خاموشی ژن بر اساس هومولوژی ترانس ژن ها به دو دسته تقسیم می شود:
الف) خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی ( TGS )
ب) خاموشی ژن پس از رونویسی ( PTGS )

الف )خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی ( TGS )
خاموشی ژن در سطح مولکول DNAکه موجب کاهش تولید RNA و یا عدم تولید آن می شود، خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی یا Transcriptional Gene Silencing (TGS) نام دارد. این پدیده به علت قرار گیری DNA در هسته، در این مکان صورت می گیرد. خاموشی ژن در مرحله رونویسی از راه متیلاسیون پروموتر ترانس ژن صورت میگیرد. این رخداد یک روند دفاعی ضد ویروس است و باعث ایجاد نقص در فعالیت رونویسی می شود که گاهی به القاء جهش منجر میشود.
متیلاسیون DNA داخل ناحیه پروموتر توسط آنزیم ِDNA methyl transferase و تغییر ساختار کروماتین می تواند از عوامل ایجاد خاموشی ژن در مرحلۀ رونویسی باشد. آنزیم های خاصی کروماتین را در محل های مشخصی ، استیله، فسفریله و متیله می کنند. به این ترتیب قسمت های یو کروماتین به هترو کروماتین تبدیل می شود و آنزیم RNA پلیمراز نمی تواند آنرا تشخیص دهد. متیلاسیون پروموتر ژن باعث غیر فعال شدن ژن و عدم رونویسی میگردد. متیلاسیون DNA در نواحی خاصی از DNA که بیشتر شامل توالی های CG در پروموتر است، توسط آنزیم DNA متیل ترانسفراز صورت میگیرد. در نتیجه رونویسی از ژن انجام نمی شود و ژن خاموش می شود. ژن های متیله شده غیر فعال می توانند با دی متیلاسیون ( Demethylation ) دوباره فعال شوند.
متیلاسیون در کروماتین و ایجاد شکل موضعی خاص که باعث عدم دسترسی RNA polymeraseبه DNA میشود. متیلاسیون DNA در قسمت باز سیتوزین در دی نوکلئوئید CpG اتفاق می افتد (CpG یک دی نوکلئوئید از 16 دی نوکلوئید است که سیتوزین در نزدیک گوانین در جهت ′5 قرار دارد.این کار توسط آنزیم متیل ترانسفراز انجام می گیرد و یک گروه متیل به محل ′5 باز سیتوزین متصل می شود ). باید توجه شود که ممکن است CpG ها در درون توالی ژن متیله شده باشند ولی این حالت در خاموشی ژن بی اثر است وتنها متیلاسیون CpG در پروموتر ژن ها باعث خاموشی ژن می شود. محل متیلاسیون باز سیتوزین در DNA توسط آنزیم متیل ترانسفراز

ب) خاموشی پس از رونویسی ژن ( PTGS )
در این حالت رونویسی از روی ژن انجام می شود اما ممکن است که به دلایلی رونویسی ناقص باشد و ترجمه نشود. این گونه خاموشی ژن اولین بار در گیاهان کشف و خاموشی پس از رونویسی ژن یا Post Transcriptional Gene Silencing (PTGS) نامیده شد. خاموشی پس از رونویسی تأثیری بر میزان رونویسی ژن ندارد. PTGS می تواند از طریق پلاسمودسماتا از سلولی به سلول دیگر انتقال یافته و سیستمیک گردد.

دانلود مقالات مروری فارسی در رابطه با خاموشی ژن
دانلود مقاله 1
دانلود مقاله 2 (فایل Word) (رمز فایل: pathogen)