معلومة

لماذا توجد المحولات الريبية في الغالب في البكتيريا وليس في حقيقيات النوى؟

لماذا توجد المحولات الريبية في الغالب في البكتيريا وليس في حقيقيات النوى؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تعد المحولات الريبية طريقة أنيقة إلى حد ما لتنظيم التعبير الجيني دون أي آلات إضافية. يرتبط ارتباط صغير بالـ mRNA ويؤثر بشكل مباشر على النسخ أو الترجمة.

توجد معظم المحولات الريبية المعروفة في البكتيريا ، وهناك أمثلة قليلة على المحولات الريبية في حقيقيات النوى. لا توجد محولات ريبوس تقليدية في البشر على حد علمي (هناك مثال واحد ، ولكن يتم تشغيله بواسطة بروتين وليس مستقلب) ، يبدو أن الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا تميل إلى استخدام طرق أخرى لتنظيم الجينات.

هل هناك أسباب معروفة لذلك؟ ما هي عيوب تنظيم التعبير الجيني باستخدام المحولات الريبية مقارنة باستخدام البروتينات المنظمة؟ هل هناك تفسير لعدم وجود المحولات الريبية في الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا؟


تحصل على دقة أعلى وتحكم في الوقت المناسب على مستوى ما بعد الترجمة (فكر في الوقت الذي يستغرقه التأثير على المسار باستخدام تحفيز العامل المساعد مقارنةً بتحفيز التعبير الجيني). لديك أيضًا المزيد من نقاط التحكم في جميع أنحاء المسار إذا كنت تؤثر على نشاط ما بعد الترجمة مما يسمح بتفاعل أكثر تعقيدًا بين عوامل التحفيز والقمع.


علم الوراثة الفصل 16

يصبح المحرض متاحًا ويرتبط بالبروتين التنظيمي ويسبب تغييرًا في التشكل ولا يمكن أن يظل مجمع المنظم المرتبط بالمحفز مرتبطًا بالمشغل.

عندما يكون المكبّر المشترك متاحًا ، فإنه سيرتبط بالمنظم غير النشط مما يتسبب في تغيير توافقي لتنشيط المنظم الذي سيرتبط بالمشغل ويقلل من تنظيم النسخ الذي يمنع بوليميريز الحمض النووي الريبي من الارتباط.

المروج لجين واحد (repressor_ شكل أصلي يربط بمنطقة المشغل ويغلق البوليميراز من الارتباط بمروج lac.

ليس لديك نسخ من منتجات الجينات lacZ و lacY و lacA 3 من lac operon

عند وجود اللاكتوز ، يتحول اللاكتوز إلى ألولاكتوز مما يؤدي إلى تثبيطه وتعطيله.

تفضل البكتيريا استخدام الجلوكوز كطاقة ولكن إذا لم تكن متوفرة ، فسوف تتحول إلى السكريات في النظام

عندما يكون الجلوكوز مرتفعًا ، لا تحتاج الخلية إلى نسخ أوبرون اللاكتات

مصفوفة القرار للكتابة أو عدم النسخ

يتم النسخ فقط عندما يكون اللاكتوز مرتفعًا ، بغض النظر عن السبب

يرتبط cAMP بـ CAP ويلتزمان معًا بموقع الربط في بداية المروج وتجنيد البوليميراز.

يتم ذلك لأنه عندما يحدث cAMP و CAP binf في بداية المحفز ، فإنهما يتسببان في ثني الحمض النووي ويتفاعلان مع RN polymerase ، مما يؤدي إلى استقراره في المروج ، مما يسمح بالنسخ بمعدل مرتفع.

في mRNA ، هناك موقع ارتباط الريبوسوم ، بدء الكودون ، وهناك جينات تنظيمية

يتم التعبير عن منظم النسخ في شكل غير نشط

بمجرد وصول الترجمة إلى نهاية المنطقة 1 ، ستتوقف لأن trp منخفضة ولا يوجد ما يكفي من الحمض الريبي النووي النقال المحمّل بالتريبتوفان.

يمنع المماطلة المنطقة 1 من التهجين مع المنطقة 2

لن يتوقف الريبوسوم ، وهو موجود في المنطقة 2 ، والتي لا يمكن أن ترتبط بالمنطقة 3.
3 + 4 أشكال حلقة دبوس الشعر ، والتي تزيح RNA polymerase من القالب.

تعمل جزيئات الحمض النووي الريبي كمناطق تنظيمية

يصبح موقع ربط الريبوسوم مشاركًا في حدث complemntation.

الريبوسوم لا يمكنه الارتباط ولا تحدث الترجمة.

لديك تقارب محدد أو عام إما لـ ssDNA أو dsDNA

تتفاعل بشكل عام مع الأخدود الرئيسي لـ ß-DNA لأنه يكشف المزيد من المجموعات الوظيفية التي تحدد زوج القاعدة

يعمل كعامل لربط جزيئين أو أكثر معًا

عندما يرتبط جزيء المحرض بالريبوسويرش ، يغير الارتباط تكوين جزيء الحمض النووي الريبي ويغير تعبير الحمض النووي الريبي

جزيئات صغيرة في بدائيات النوى

حلقة من الأحماض الأمينية في الزنك في القاعدة

الحلزون من مخلفات الليوسين والذراع الأساسية

يتكامل اثنان من الليوسين

حلزون ألفا مفصولان بحلقة من الأحماض الأمينية

نظرًا لأنه تم إيقاف ضغط الجين الضروري لاستخدام السكريات الأخرى ، فسيتم تصنيع الإنزيمات المشاركة في استقلاب الجلوكوز فقط.

المشغلون الذين يظهرون قمع الهدم يخضعون للسيطرة الإيجابية لبروتين المنشط التقويضي (CAP)

لكي يكون CAP نشطًا ، يجب أن يشكل معقدًا مع cAMP.

إذا كانت هناك طفرة تمنع CAP من الارتباط بالموقع ، فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي سوف يربط محفز lac بشكل سيئ.

في العقدية الفطرية تتطلب القدرة على إجراء التحول من 105-124 جينًا ، يُطلق عليها جماعيًا تنظيم com.

يتم تنشيط تنظيم com استجابةً لبروتين يسمى الببتيد المحفز للكفاءة (CSP) ، والذي تنتجه البكتيريا ويتم تصديره إلى الوسط المحيط. عندما يتراكم قدر كافٍ من CSP ، فإنه يرتبط ببروتين المستقبل الذي يحفز نسخ الجينات داخل تنظيم com ويطلق سلسلة من التفاعلات التي تؤدي في النهاية إلى التحول.

قابل للقمع السلبي: لا ، يتطلب النظام CSP للتعبير الجيني. إذا كان مشغلًا سلبيًا قابلاً للقمع ، فسيحدث التعبير الجيني حتى يتم قمعه بواسطة القامع المنشط.

محفز إيجابي: نعم. تؤدي المستويات المتزايدة من CSP إلى تحفيز المستقبلات لتحفيز وظائف المنشط النسخي ، والتي تسمح للتعبير الجيني بأن يحدث بشكل مشابه لما يحدث في التنظيم المحفز الإيجابي.


المفاهيم الأساسية والملخص

  • التعبير الجيني هي عملية منظمة بإحكام.
  • يتم تنظيم التعبير الجيني في بدائيات النوى إلى حد كبير عند نقطة النسخ. يتم أيضًا تنظيم التعبير الجيني في حقيقيات النوى بعد النسخ.
  • غالبًا ما يتم تنظيم الجينات الهيكلية بدائية النواة للوظيفة ذات الصلة في أوبرا، يتم التحكم فيها جميعًا عن طريق النسخ من مروج واحد. تشمل المنطقة التنظيمية للأوبون المروج نفسه والمنطقة المحيطة بالمُروِّج التي يمكن أن ترتبط بها عوامل النسخ للتأثير على النسخ.
  • على الرغم من أن بعض الأوبرا معبر عنها بشكل جوهري، معظمها تخضع للتنظيم من خلال استخدام عوامل النسخ (الكابتات والمنشطات). أ كاظمة يرتبط بـ المشغل أو العامل، تسلسل DNA داخل المنطقة التنظيمية بين موقع ربط RNA polymerase في المروج وأول جين هيكلي ، وبالتالي يمنع نسخ هذه الأوبرا فعليًا. ان المنشط يرتبط داخل المنطقة التنظيمية للأوبرون ، مما يساعد بوليميريز الحمض النووي الريبي على الارتباط بالمحفز ، وبالتالي تعزيز نسخ هذا المشغل. ان محفزيؤثر على النسخ من خلال التفاعل مع القامع أو المنشط.
  • ال trp operon هو مثال كلاسيكي على a مشغل قابل للقمع. عندما يتراكم التربتوفان ، يرتبط التربتوفان بقمع ، والذي يرتبط بعد ذلك بالمشغل ، مما يمنع المزيد من النسخ.
  • ال لاك operon هو مثال كلاسيكي الأوبرا المحرض. عندما يكون اللاكتوز موجودًا في الخلية ، يتحول إلى ألولاكتوز. يعمل Allolactose كمحفز ، ملزم للقمع ويمنع القامع من الارتباط بالمشغل. هذا يسمح بنسخ الجينات الهيكلية.
  • ال لاك أوبرون يخضع أيضًا للتفعيل. عندما تنضب مستويات الجلوكوز ، يتم تحويل بعض ATP الخلوي إلى cAMP ، والذي يرتبط بـ بروتين منشط الكاتابوليت (CAP). ينشط مجمع cAMP-CAP نسخ لاك أوبرون. عندما تكون مستويات الجلوكوز عالية ، فإن وجودها يمنع نسخ لاك أوبرا وغيرها من أوبرا قمع هدم.
  • تسمى الجزيئات الصغيرة داخل الخلايا المنبهات تصنع استجابة للضغوط البيئية المختلفة ، مما يسمح للبكتيريا بالتحكم في نسخ مجموعة من الأوبرا ، تسمى Regulon.
  • البكتيريا لديها القدرة على تغيير أي & عامل سيجما من بوليميراز الحمض النووي الريبي الذي يستخدمونه استجابة للظروف البيئية للتغيير السريع والعالمي للتنظيمات التي يتم نسخها.
  • بدائيات النوى لديها آليات تنظيمية ، بما في ذلك توهين واستخدام محولات الريبوس، للتحكم في إكمال النسخ والترجمة من ذلك النص في وقت واحد. تعمل هذه الآليات من خلال تشكيل حلقات جذعية في النهاية 5 & rsquo لجزيء mRNA الذي يتم تصنيعه حاليًا.
  • هناك نقاط إضافية لتنظيم التعبير الجيني في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. في حقيقيات النوى ، تنظيم الوراثة اللاجينية عن طريق التعديل الكيميائي للحمض النووي أو الهيستونات ، وتنظيم معالجة الحمض النووي الريبي هما طريقتان.

شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف إلى Varsity Tutor.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة وموقع المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


تنظيم الجينات بواسطة المحولات الريبية

المحولات الريبية هي مجالات منظمة داخل الأجزاء غير المشفرة لبعض الرنا المرسال ، حيث تعمل كمفاتيح جينية لاستشعار المستقلبات. يتسبب الارتباط المستقلب في حدوث تغييرات خيفية في mRNA تؤدي إلى تغييرات في عمليات التعبير الجيني مثل إنهاء النسخ وبدء الترجمة.

تتألف مفاتيح Riboswitch من مجالين: aptamer ومنصة التعبير. الأبتامر محفوظ بدرجة عالية حتى في الكائنات الحية ذات الصلة البعيدة ، ويعمل كمستشعر دقيق لمستقلبه المستهدف. تعتبر منصة التعبير أكثر تنوعًا في التسلسل والبنية حيث يمكن أن تعمل من خلال افتراض أحد الأشكال الهيكلية العديدة للتحكم في التعبير الجيني.

تعود البيانات التجريبية المعروفة الآن بأنها تتوافق مع وظيفة riboswitch إلى ما لا يقل عن 30 عامًا. أكدت الدراسات الحديثة أن مجموعة متنوعة من "ألغاز" التحكم في الجينات الموصوفة في الأدبيات على مدى العقود الماضية يمكن تفسيرها من خلال وجود سبع فئات متميزة من المحولات الريبية.

تظهر مجالات الأبتامر في المحولات الريبية انتقائية وخصوصية مدهشة تقارن بشكل إيجابي بمستقبلات البروتين. تشير هذه النتائج ، جنبًا إلى جنب مع احتمال أن تكون المحولات الريبية الحديثة قد تكون تطورية لشكل قديم من نظام التحكم في الجينات ، إلى أن خصائص أداء المحولات الريبية منافسة لتلك التي تعرضها البروتينات.

تعتمد آليات التحكم في الجينات بواسطة المحولات الريبية البكتيرية إلى حد كبير على إنهاء النسخ وبدء الترجمة. ومع ذلك ، فإن اكتشاف المحول الريبي الذي له وظيفة الريبوزيم ، والأدلة التي تشير إلى أن حقيقيات النوى قد تستخدم محولات ريبوز للتحكم في الربط ، يلمح إلى إمكانية تنوع أكبر بكثير لوظيفة المحول الريبي في الكائنات الحية القديمة والحديثة.

تشير الدراسات الجديدة إلى أن البكتيريا تعبر عن العديد من أشكال الحمض النووي الريبي الجديدة والـ RNAs الصغيرة غير المشفرة. تشير هذه النتائج إلى أنه سيتم تحديد المزيد من المحولات الريبية ، وبالتالي يبدو أن المحولات الريبية هي شكل مهم من أشكال التحكم الجيني في البكتيريا.


4 القرابة الملزمة لـ LIGAND وحركية وظيفة الريبوسويتش

يمكن لـ Aptamers Riboswitch أن تربط بإحكام روابطها المستهدفة بقيم ثوابت التفكك (كد) تتراوح من منتصف ميكرومولار كما تم قياسه لربط GlcN6P بواسطة glmS الريبوزيمات (Winkler et al. 2004) إلى النطاق البيكومولار المتوسط ​​كما لوحظ بالنسبة لبعض ممثلي ريبوسويتش التي تربط TPP (Welz and Breaker 2007) و FMN (Lee et al. 2009) و c-di-GMP (Sudarsan et al. 2008) . ل الإشريكية القولونية، فإن وجود جزيء واحد لكل خلية يتوافق مع تركيز في النطاق النانوي المنخفض. لذلك ، بيكومولار كد قيم aptamers أفضل بمرتبتين على الأقل من حيث الحجم مما هو مطلوب لمحول ريبوس لاكتشاف المركبات النادرة مثل واحد لكل خلية!

هناك عدة تفسيرات محتملة لهذا العرض كد ومفارقة تركيز المستقلب (Ames and Breaker 2009). ربما ، الشروط المستخدمة لتقدير تقاربات الترابط ليست تقريبًا جيدًا للظروف الخلوية ، والقيمة الفعلية كد قد تكون القيم أكثر فقراً. من المعروف أيضًا أن النيوكليوتيدات المحيطة بمجالات الأبتامر يمكن أن تقلل من قياسها كد القيم ، على الأرجح عن طريق تشكيل طيات بديلة تتنافس مع البنية المستقبلة للروابط. وبالتالي ، قد تكون الصلات بين الأبتاميرات الريبية أكثر فقراً بالنسبة للنصوص الوليدة لأنها تنبثق من بوليميراز الحمض النووي الريبي. فرضية أخرى من شأنها أن تحل هذا التناقض هي أن بعض المحولات الريبية قد لا تصل إلى التوازن مع المستقلب المستهدف ، لكنها تعتمد على حركية طي الحمض النووي الريبي (RNA) وربط الترابط (ligand) لتعديل التعبير الجيني بشكل صحيح. بعبارة أخرى ، قد تكون سرعة ارتباط الترابط ، بدلاً من ثابت التوازن الذي يعكس تقارب الترابط ، هو المحدد الحاسم لتركيز الترابط اللازم لتحريك إجراء التحويل الريبي. ما لم يترابط الترابط قبل أن يمر بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى ما بعد جذع النهاية ، فإن النسخ سيتقدم حتى اكتماله حتى لو حدث ارتباط الترابط في النهاية.

ظهرت أدلة على أهمية حركيات ربط الترابط من تحليل المحول الريبي FMN من ضلع مشغل B. الرقيقة (ويكيزر وآخرون 2005 ب). يعمل هذا المحول الريبي عن طريق إنهاء النسخ حيث يسمح ارتباط الترابط بتشكيل جذع فاصل (الشكل 3 أ). كشفت الدراسة أن التركيز المطلوب لبدء إنهاء النسخ الفعال أعلى بأكثر من 10 أضعاف من كد القيمة المقاسة لمجال aptamer الأدنى. علاوة على ذلك ، فإن إجراء تفاعلات النسخ في ظل ظروف تسرع من سرعة بلمرة الحمض النووي الريبي (على سبيل المثال ، زيادة تركيزات NTP أو استخدام الطفرات لإزالة مواقع إيقاف بوليميريز الحمض النووي الريبي) يخلق طلبًا لتركيز FMN أعلى لتحريك الإنهاء.

الوظيفة الحركية للمحول الريبي FMN. (أ) نماذج التسلسل والهيكل الثانوي لـ ضلع FMN riboswitch من B. الرقيقة (وينكلر وآخرون 2002 أ). يعمل RNA كمفتاح "OFF" وراثي حيث يعمل ارتباط FMN على استقرار تكوين P1 ، ويمنع تكوين جذع مضاد للجلد ، ويسمح بتكوين جذع فاصل يقوم بقمع التعبير الجيني. (ب) مخطط حركي مبسط لوظيفة ضلع FMN riboswitch يصور في أ. تؤدي الخطوات التي تمثلها الأسهم السوداء والرمادية إلى الإنهاء وإنتاج mRNA كامل الطول ، على التوالي. انظر في مكان آخر للحصول على التفاصيل (Wickiser et al. 2005b).

تشير هذه البيانات ذات الصلة (Wickiser et al. 2005a Gilbert et al.2006) إلى أن بعض محولات الريبوس على الأقل ليست مدفوعة بالديناميكا الحرارية ، ولكنها تعتمد على حركية النسخ ، وطي الحمض النووي الريبي (RNA) وربط المستقلبات لضبط تركيز اللجند اللازم لتحفيز الجينات. مراقبة. ومن المثير للاهتمام أن هذه الخاصية قد تمنح المحولات الريبية ميزة على العوامل الوراثية البروتينية في بعض الحالات (Ames and Breaker 2009). يمكن ضبط المحول الريبي المدفوع حركيًا للاستجابة لتركيز مختلف من المستقلب من خلال تراكم الطفرات في الأبتامر الذي يغير ثابت معدل ارتباط الترابط. من المحتمل أن تحدث طفرات في مدى النيوكليوتيدات التي تربط الأبتامر بمنصة التعبير التي تغير الوقت اللازم لوصول بوليميريز الحمض النووي الريبي إلى جذع الإنهاء. يمكن للمفاتيح الريبية المدفوعة حركيًا أن تخفض أو ترفع التركيز المطلوب لتحريك الوظيفة ببساطة عن طريق إدخال أو حذف النيوكليوتيدات إلى هذا الرابط ، على التوالي. ربما استغلت المحولات الريبية في العالم RNA خصائص مماثلة لتجربة مشهد تطوري أكثر سلاسة حيث يمكن أن يحدث الضبط الوظيفي من خلال طفرات خارج مواقع الربط والتحفيز للمستقبلات والريبوزيمات.


آلية التشوير في بدائيات النوى وحقيقيات النوى | علم الاحياء المجهري

سنناقش في هذه المقالة حول آليات الإشارة ، سواء في حقيقيات النوى أو بدائيات النوى.

1. الإشارات من خلية إلى خلية حقيقية النواة:

يمكن فهم الطبيعة التكاملية للأنظمة البيولوجية بعد العمل الرائد لكلود برنارد (1813-1878) في فرنسا. أعطى مفهوم الوسط الداخلي واقترح نظام الغدة الصماء (أي الغدد الصماء) لدمج الوظيفة والحفاظ على التوازن.

في عام 1902 ، أظهر بايليس وستالينج تدفقًا ملحوظًا لعصير البنكرياس في الكلاب بعد حقن مستخلص حمض الاثني عشر. صاغ Starling المصطلح & # 8216hormone & # 8217 (يوناني ، أنا متحمس) لجزيئات الرسول بين الخلايا. صاغ عالم فيزيولوجي أمريكي Water Cannon المصطلح & # 8216homeostasis & # 8217 (حالة قد تختلف ولكنها ثابتة نسبيًا).

هناك ثلاثة أنواع من أنظمة الإشارات في الكائنات متعددة الخلايا مثل الثدييات: الإشارات العصبية والغدد الصماء والخلوية (الشكل 27.3). تحدث الإشارات العصبية على مسافة طويلة جدًا ، أي من الدماغ إلى إصبع القدم. الوصلات المتشابكة تتواصل بسرعة. تشارك العديد من المواد الكيميائية في إرسال الإشارات عند التقاطعات والمرتبطة بالالتهاب.

تتضمن إشارات الغدد الصماء إطلاق هرمون من غدته ونقله إلى الدم إلى عدد محدود من الخلايا في الأنسجة المستهدفة. يحدث على مسافة طويلة ويحد من معدل تدفق الدم وانتشاره من الدم إلى الأنسجة.

معظم الإشارات داخل الخلايا هي من السيتوكينات. يحدث الكثير من هذه الإشارات من خلال إشارات paracrine (عبر خلية مسافة قصيرة إلى خلية قريبة) أو عن طريق الإشارات التلقائية (تحفيز الخلية التي تنتج السيتوكينات).

تستهدف بعض الذيفانات الداخلية البكتيرية الإشارات العصبية ، ومن ثم تسمى هذه السموم العصبية التي تنتجها كلوستريديوم تيتاني و CI. البوتولينوم. هذه لها نشاط البروتين المعدني وتشق بروتينات معينة داخل الخلايا. وبالتالي فهي تمنع الناقلات العصبية. يشير اكتشاف حديث أيضًا إلى تفاعل السم البكتيري مع إشارات الغدد الصم العصبية وتشابك السيتوكينات.

(ط) إشارات هرمون الغدد الصماء:

يتم إنتاج هرمونات الغدد الصماء في الغالب عن طريق غدد معينة (مثل الغدة النخامية وما تحت المهاد والغدد جارات الدرقية) والأنسجة الغدية (مثل البنكرياس والأمعاء).

هناك ثلاث مجموعات رئيسية من الهرمونات: هرمونات الببتيد (التي تنتجها بشكل خاص الأمعاء التي لها نشاط يشبه الناقل العصبي) ، وهرمونات الستيرويد (التي تنتجها قشرة الغدة الكظرية ، والغدد التناسلية والجلد) ، ومشتقات هرمون الغدة الدرقية (مثل هرمونات الغدة الدرقية T3 ، T4 ، إلخ. والكاتيكولامينات والنورأدرينالين والأدرينالين والدوبامين التي لها نشاط ناقل عصبي).

بعد إفراز الغدد ، يتم تداول هرمونات الغدد الصماء كهرمون حر أو مرتبطة بالبروتينات الحاملة ، على سبيل المثال بروتين المصل ، الألبومين. يرتبط بالعديد من الهرمونات المتداولة ويمارس العمل (فقط في شكل مرتبط) بمستقبلات خلوية معينة في الأنسجة المستهدفة.

ترتبط هرمونات الببتيد بمستقبلات غشائية معينة تؤدي إلى مسار إشارات محدد داخل الخلايا. من ناحية أخرى ، تدخل هرمونات الستيرويد والستيرول في الخلايا وترتبط ببروتينات مستقبلات السيتوبلازم ثم تنتقل إلى النواة وتعمل كعامل للنسخ.

تتحكم هرمونات الغدد الصماء في استقلاب الطاقة من خلال الأنسولين والجليكوجين والأدرينالين والنورادرينالين بما في ذلك إنتاج وتحطيم الكربوهيدرات المخزنة كجليكوجين في الكبد والعضلات.

يظهر نقص السيطرة على هذا النظام في مرض السكري. تؤدي العدوى البكتيرية إلى اختلال هرموني في الجسم. تؤثر بعض البكتيريا والفيروسات على الأنسجة العصبية. تمتلك المتفطرة الجذامية واللولبية الشاحبة مدارية للأنسجة العصبية.

يتم تنظيم أنسجة الغشاء المخاطي في المعدة والأمعاء بشكل كبير. تستجيب وتنتج العديد من إشارات الغدد الصماء بما في ذلك هرمونات الجهاز الهضمي على سبيل المثال غاسترين وسيكريتين وكوليسيستوكينين وجوانيلين. الإشريكية القولونية تغير اختلال توازن السوائل في الأمعاء وتسبب الإسهال. الآن تم الإبلاغ عن سبع سلالات مختلفة من الإشريكية القولونية والتي تسبب أعراضًا مرضية مختلفة.

تنتج سلالات الإشريكية القولونية المُسببة للسموم توكسين قابلاً للحرارة (LT) وسمًا مستقرًا للحرارة (ST). ST هو أول نظير بكتيري لهرمون الغدد الصماء (guanyl) الذي ينشط guanyl cyclase ويتحكم في إطلاق السوائل من الخلايا المعوية بحيث يمكن إبقاء طبقة الميوسين رطبة (الشكل 27.4). هناك سم آخر شبيه بجوانيل مستقر للحرارة من سلالات أخرى من الإشريكية القولونية والبكتيريا الأخرى.

(2) السيتوكينات:

السيتوكينات هي مجموعة كبيرة من أكثر من 1000 بروتين تشارك في إرسال الإشارات من خلية إلى خلية وتتحكم في الاستجابة الالتهابية للعدوى البكتيرية. هذه هي هرمونات متعددة الببتيد تفرزها خلية تؤثر على نمو واستقلاب نفس الخلية (إشارات أوتوكرين) أو خلية أخرى (إشارات paracrine).

فالإفراط في إنتاجها يسبب المرض. تم العثور على هذه في موقع الإصابة من قبل العوامل. هذه تحفز وسطاء الدهون (البروستاجلاندين ، الليكوترين ، ليبو إكسين ، عامل تنشيط الصفائح الدموية والوسطاء من الخلايا البدينة (مثل الهيستامين والإنزيمات مثل التربتاز).

(أ) تسمية السيتوكينات:

تنقسم السيتوكينات إلى ست عائلات فرعية (الجدول 27.7) على أساس عدة معايير مثل الأنواع التاريخية ، والتماثل المتسلسل ، وتوطين الكروموسوم و shysomes والإجراءات الكيميائية الحيوية. في عام 1979 ، تمت صياغة مصطلح إنترلوكين (interleukin (inter: between، leukin: leukocytes) للإشارة إلى العوامل البروتينية التي تعدل وظيفة الكريات البيض الأخرى.

يوجد حاليًا أكثر من 20 إنترلوكين (IL-1 إلى IL-18). أعربت الفئران المحقونة بالسموم الداخلية عن عامل نخر الورم (TNF) مجمعة تحت السيتوكينات السامة للخلايا. تقتل عامل نخر الورم بعض خطوط الخلايا السرطانية عن طريق تحريض موت الخلايا المبرمج وهي جزيئات قوية مؤيدة للالتهابات. عائلة مستقبلات عامل نخر الورم هي نفسها بروتينات محاطة بالغشاء (مثل CD27 و CD30 و CD40).

الجدول 27.7: السيتوكينات: التسمية والعائلات الفرعية.

إن الإنترفيرون & # 8217s (IFNs) هي مثل هذه السيتوكينات التي تم اكتشافها أولاً. هذه تشارك في منع نمو وانتشار الفيروسات. وهي من ثلاثة أنواع: INF-a و INF-P و INF- Y- Interferon & # 8217s تعمل أيضًا ضد البروتوزوا والريكتسيا والمتفطرات.

تتحكم الخلايا المحفزة للمستعمرات (CSFs) في نمو وتمايز العدلات ، وحيدات الخلية ومجموعات الخلايا المشتقة من الخلايا الوحيدة في نخاع العظام. الخلايا الوحيدة / الضامة هي الخلايا البلعمية التي تبتلع البكتيريا وتقتلها. ومن ثم ، يطلق عليها أيضًا اسم الخلايا العارضة للمستضد وتحفيز الخلايا اللمفاوية T و B.

تشمل عوامل النمو عائلات pro & shyteins مثل عائلة عامل نمو الخلايا الليفية (FGF) ، وعوامل النمو المشتقة من الصفائح الدموية (PDGF) ، وتحويل عامل النمو- (TGFβ). تعمل السيتوكينات FGF على خلايا اللحمة المتوسطة والخلايا الظهارية أيضًا.

تسمى العوامل الكيميائية الببتيدية الكيموكينات وهي مجموعة فرعية كبيرة من السيتوكينات. الكيموكينات لها كتلة جزيئية من 8-10 كيلو دالتون ، مع تجانس تسلسل 20-50٪ على مستوى البروتين والسيستين كمخلفات محفوظة والتي تشكل روابط ثاني كبريتيد داخل الجزيئات.

على أساس الموقع الكروموسومي للجينات وبنية البروتين ، تنقسم الكيموكينات إلى عائلتين: عائلة α-chemokine و β-chemokine. تم اكتشاف عائلة ثالثة من الكيموكينات في عام 1994 ولديها حاليًا عضو واحد يسمى الليمفولاكتين وهو عامل جذب قوي للخلايا التائية.

(ب) مستقبلات السيتوكينات:

مستقبلات السيتوكين لها انجذاب كبير للرابطات الخاصة بها. عدد المستقبلات الفردية الموجودة في الخلية المستهدفة منخفض. على أساس التماثل المتسلسل والعناصر الهيكلية ، يتم تجميع مستقبلات السيتوكينات في عدد صغير من العائلات. يوجد حاليًا تسعة مستقبلات لـ CC chemokines (CCR) ، وخمسة مستقبلات لكيموكينات CXC و CXCR1 ، ومستقبل واحد للفركتلكين.

يتم التخلص من مستقبلات السيتوكين من الخلية عن طريق الانقسام الحال للبروتين. تساعد البروتينات المعدنية على سطح الخلية (sheddases) على إطلاق مستقبلات السيتوكين. تربط المستقبلات المنبعثة السيتوكينات القابلة للذوبان وتمنع نشاطها أو تحفز مستقبلات السيتوكين التي تفتقر إلى الخلايا.

(ج) العمل البيولوجي للسيتوكينات:

تلعب السيتوكينات دورًا في التطور الفسيولوجي. تم العثور عليها في جميع مراحل النمو في الثدييات. من ناحية أخرى ، تلعب مستقبلات السيتوكين الموجودة في غشاء الخلية أيضًا دورًا فسيولوجيًا. تعمل كبوابات للدخول الحيوي إلى الخلايا. على سبيل المثال ، يدخل فيروس نقص المناعة البشرية من خلال الارتباط بمستقبلات السيتوكين. وبالمثل ، يدخل فيروس الهربس البسيط من خلال الارتباط بعائلة مستقبلات عامل نخر الورم.

بعد أن تحفز مستقبلات الربط إشارات انتقائية داخل الخلايا تؤدي إلى تشغيل أو إيقاف تشغيل جينات معينة وإنتاج انزيمات الأكسدة الحلقية II ، ويتم تصنيع أكسيد النيتريك (NO) بعد تحريض مركب أكسيد النيتريك.

الأسبرين والأيبوبروفين من الأدوية غير الستيرويدية المضادة للالتهابات التي تمنع نشاط إنزيمات الأكسدة الحلقية. تقلل هذه الأدوية من الألم والحمى حيث أن البروستاجلاندين والبروستاسكلين يخفضان عتبة الألم في العصب مما يؤدي إلى تخفيف الألم والحمى.

يتم إنتاج جزيئات مختلفة بعد ربط السيتوكينات بمستقبلات السيتوكين التي تنتج علم الأمراض (البروستاجلاندين ، NO ، منشط البلازمينوجين النسيجي (tPA) ومثبط منشط البلازمينوجين والكولاجينازات]. يحدث تلف الأنسجة مباشرة بسبب الكولاجيناز و tPA.

إلى جانب ذلك ، تحفز السيتوكينات أيضًا تخليق السيتوكينات الخاصة بها وغيرها من السيتوكينات مما يؤدي إلى شبكة معقدة من التفاعلات. يمكن للسيتوكينات أيضًا تعديل سلوك الخلايا بعدة طرق. تظهر الإجراءات المختلفة للسيتوكينات على الخلايا في الشكل .27.5.

2. الإشارات من خلية إلى خلية بدائية النواة: استشعار النصاب والفيرومونات البكتيرية:

حتى الثمانينيات من القرن الماضي ، لم يكن هناك اهتمام بقدرة البكتيريا على التحدث مع بعضها البعض. بعد ذلك ، تم طرح أمثلة للإشارة من خلية إلى خلية في البكتيريا. Conjuga & shytion هي إحدى طرق نقل الحمض النووي بين نوعين من البكتيريا. لتأسيس conju & shygation ، يجب على كل من البكتيريا إنشاء اتصال خلية إلى خلية. المكورات المعوية البرازية هي أحد مسببات الأمراض الثديية إيجابية الجرام.

يتم التحكم في تجميعها عن طريق إفراز الفيرومونات الببتيدية الصغيرة. تحفز الفيرومونات على إنتاج الالتصاق وبالتالي تشكل البكتيريا كتلًا خلوية تسهل الاقتران. تم عزل العديد من الفيرومونات وهي ببتيدات سباعية أو ثمانية توجد بتركيز منخفض (5 & # 21510 -11 م).

تعتبر Endospores من Clostridium tetani أشكالًا مستريحة من البكتيريا وجزءًا من آلية الفوعة. على النقيض من ذلك ، فإن بعض البكتيريا مثل البكتيريا المخاطية في ظل ظروف بيئية معاكسة وخجول تخضع لتغيرات شكلية معقدة. يشكل Polyangium vitellinum بنية تشبه الكيس تتكون من غطاء خارجي من عديد السكاريد لمقاومة الجفاف.

تشكل Myxococcus xanthus الأبواغ المخاطية (جسم الثمر) وتتناوب مع الخلايا النباتية. يتم تشغيل هذا البرنامج عن طريق الجوع الذي يسبب تغيرات شكلية في غضون 4 ساعات. تتشكل بنية كثيفة على شكل تل عندما تصل كثافة خلية البكتيريا إلى حوالي 10 5. بعد 20 ساعة من الجوع ، تتمايز الخلايا داخل هذه الكومة إلى ميكسوسبوريس.

الأبواغ المخاطية هي خلايا نائمة مقاومة للحرارة والجوع. تنبت في ظروف مواتية وتنتج خلايا نباتية. مرة أخرى تتشكل الأبواغ الفطرية عندما تكون الظروف غير مواتية. يتم التحكم في هذا النوع من تمايز الخلايا عن طريق إشارات خارج الخلية. ترد آلية الإشارات من خلية إلى خلية في الجدول 27.8.

إدراك النصاب:

يشير مصطلح النصاب القانوني إلى & # 8216a عدد ثابت من أعضاء أي لجنة من المجتمع يكون وجودها إلزاميًا للمعاملات التجارية المناسبة & # 8217. إن استشعار النصاب في البكتيريا هو آلية يتم من خلالها إجراء إحصاء لعددهم. بعد الوصول إلى النصاب القانوني لرقم الخلية ، يمكنهم التعامل مع أعمال التبديل أو إيقاف تشغيل جينات معينة.

بدأت المعرفة الحالية باستشعار النصاب بدراسة اللمعان في Vibrio fischeri و V. harveyi. إنها بكتيريا بحرية تشكل علاقة تكافلية مع الأسماك أحادية المركز ومع الحبار ذو الذيل (مثل سكولوب Euprymna). يتكون الحبار ذو الذيل من تركيز عالٍ جدًا من V. fischeri. من المفترض أن يكون العضو الخفيف جزءًا من إضاءة مضادة لا تتضح تفاصيلها.

تطور الحبار الفقس حديثًا ارتباطًا تكافليًا مع سلالات معينة فقط من ضمة فيشيري. في غضون ساعات بعد الفقس ، يتم استعمار العضو الخفيف بواسطة Vischeri. يختار العضو الخفيف بشكل إيجابي سلالات معينة فقط من ضمة فيشيري ويختار سلبًا سلالات أخرى لاستبعاد استعمار البكتيريا الأخرى الموجودة في مياه البحر.

من غير المعروف كيف يتم هذا الاختيار. قد تكون إحدى الآليات المحتملة هي التعبير عن الالتصاق المحدد لـ Vischeri بواسطة ظهارة العضو الخفيف. تتعرض الظهارة إلى التربسين الذي يؤدي بشكل خجول إلى استجابة محددة مورفوجينية في الحبار. ينتج عن هذا تكوين المجمع.

(أ) آلية استشعار النصاب:

إنه نظام التحكم في التغذية الراجعة. تستمر البكتيريا وتنتج بخجل كمية صغيرة من الإشارة تسمى المحرض التلقائي. تنتج معظم البكتيريا موجبة الجرام محفزًا ذاتيًا وهو لاكتونات أسيلهوموسرين (AHLs). تنتج المكورات العنقودية الذهبية والبكتيريا الأخرى محرضات تلقائية للببتيد. ينتج عن E. colt و S. typhimurium جزيء لاستشعار النصاب يبلغ 1 كيلو دالتون. هذه المحرضات خارج الخلية منتشرة.

إلى جانب ذلك ، تدرك البكتيريا أيضًا وجود وخجل المحفز التلقائي. يقوم بروتين الغشاء البكتيري بهذه الوظيفة. إنه يعمل كمستقبل للمحفز الذاتي ومنشط النسخ الجيني. ينتج V. fischeri التلألؤ. نظام V. fischeri هو أفضل نظام مدروس لاستشعار النصاب.

يرتبط اللمعان بنظام أوبرون لوكس الذي يتكون من جينين تنظيميين رئيسيين luxl و luxR (الشكل 27.6) وجينات أخرى (luxCDABEG) التي تصنع مواد كيميائية لإنتاج الضوء. يقوم LuxI بتشفير البروتين الذي يحفز تصنيع مجموعة واسعة من AHLα. المحرض الذاتي لـ V. fischeri هو N- (3-oxo-hexanoyl) -L- homoserine lactone.

تقوم LuxR بتشفير البروتين الذي يعمل كمستقبل لـ AHL وكمحول للإشارة التي تنشط الجينات الأخرى لأوبرون لوكس. يتم التعبير عن جينات luxCDABEG بعد ربط AHL ببروتين luxR (الشكل 27.6). تقوم جينات luxA و luxB بتجميع الوحدات الفرعية α- و-من لوسيفيراز البكتيري. تقوم الجينات الأخرى بتشفير عديد الببتيدات التي تسهل تخليق الركيزة وتنتج الضوء.

(ب) استشعار النصاب كآلية ضراوة:

بالإضافة إلى V. fischeri ، هناك عدد كبير من البكتيريا سالبة الجرام التي تنتج AHLs لإحساس النصاب. هذه بكتيريا مهمة طبيًا ، على سبيل المثال Pseudomonas aeruginosa و Proteus mirabilis و Serratia Liquefaciens و Yersinia enterocolitica. في هذه البكتيريا ، تشارك متجانسات LuxI / LuxA في نظام استشعار النصاب. ملاحظة. aeruginosa نظامين للنصاب ، هما las و rhl.

يعبر las operon عن بروتين LasR الذي يشبه LuxR ويعمل كمنشط نسخي في وجود PAI لـ Pseudomonas. ينتج LasI (متماثل Luxl) AHL. المحرض الذاتي لـ P. aeruginosa عند عتبة التركيز على مجموعة من الجينات الفوعة بما في ذلك lasB و lasA apv وoxA.

نظام rhl هو نظام استشعار النصاب الثاني الذي يتضمن RhIR (بروتين المنشط النسخي) جنبًا إلى جنب مع المحرض الذاتي (N-butyryl-L-homoserine lactone) الذي تم تصنيعه بواسطة RhIR. ينتج عن نظام استشعار النصاب هذا إنتاج عامل ضراوة إضافي ، على سبيل المثال. الإيلاستاز الذي يشق ويثبط الإنترلوكين 2 (السيتوكينات الدفاعية الرئيسية للمضيف). نظام las هو السائد الذي يتم تنشيطه قبل نظام rhl.

تستخدم العديد من البكتيريا موجبة الجرام oligopeptide كجزيئات للإشارة. على سبيل المثال ، يتم إفراز نوعين مختلفين من الببتيدات بواسطة Bacillus subtilis. هذه ضرورية للكفاءة (القدرة على امتصاص الحمض النووي) والتكاثر.

في Staphylococcus aureus ، يتحكم الموضع agr في التعبير عن العديد من عوامل الفوعة ، وهي السموم الخارجية ، وعديد السكاريد المحفظي من النوع 8 والبروتياز V8. يتم ترميز المحفز التلقائي لاستشعار النصاب الثماني الببتيد من قبل agr lucus الذي يحفز موضع agr. يتفاعل المحرض الذاتي لاستشعار النصاب مع نظام الدفاع للمضيف ويمنع ذلك وإن كان بتركيز عالٍ (الشكل 27.7).


البحث عن أدوات الريبوسيت

على الرغم من أن الطريقة المعتادة لتعريف المحول الريبي تتضمن تحديد موقع بنية ثانوية محفوظة في جزيء الحمض النووي الريبي ، فإن الطبيعة شديدة التقييد لعنصر الاستشعار تجادل بأن التسلسل وحده يجب أن يكون كافيًا لتحديد موقع المحولات الريبية بشكل صحيح. لقد طورنا سابقًا خوارزمية حاسوبية قادرة على إيجاد أشكال تنظيمية للبكتيريا ، تعتمد حصريًا على حفظ التسلسل في المناطق التنظيمية للمجموعات المتعامدة من الجينات (5). تتمثل القيود الرئيسية لطريقتنا في أن العنصر التنظيمي يجب أن يرتبط ارتباطًا وثيقًا بما لا يقل عن COG واحد (مجموعة من مجموعات البروتينات المتعامدة) (6) ويجب أن يكون موجودًا في خمسة جينومات غير زائدة عن الحاجة على الأقل. من ناحية أخرى ، فإن الميزة هي أنها عملية تلقائية ، ولا تتطلب معلومات تنظيمية سابقة لإنتاج النتائج ذات الصلة ، وعلى هذا النحو ، يمكن تشغيلها بسهولة في كل مرة تتوفر فيها جينومات جديدة أو تعليقات توضيحية.

قمنا بتحديث نتائجنا السابقة (5) ، مع الأخذ في الاعتبار 223 جينومًا كاملاً. من هذه ، تم الحصول على مجموعة مخفضة من 145 كائنًا غير فائض باستخدام CVtree (7). تمكنا من استعادة 10 من أصل 11 مفتاحًا ريبوسياً تم الإبلاغ عنها حاليًا. بالإضافة إلى ذلك ، تضمنت نتائجنا العديد من العناصر التنظيمية المعروفة أيضًا بالاعتماد على RNA المنظم للتعرف عليها ، مثل T-box الموجب الجرام وموقع ربط بروتين PyrR. وبالتالي فإننا نطلق على مجموعتنا من العناصر التنظيمية: العناصر الشبيهة بالريبوسويتش (RLEs) ، بالنظر إلى حقيقة أن جميع الإشارات المحفوظة التي تم تحديدها تقريبًا كانت عناصر تنظيمية تعتمد على الحمض النووي الريبي.

RibEx هو خادم ويب يسمح لأي مستخدم بالعثور بسهولة على أي RLE في تسلسل اهتماماته. نظرًا لأن معظم المحولات الريبية المعروفة مرتبطة بالمخففات ، فقد قمنا بتضمين خيار البحث عن المخففات النصية والترجمة ، والتي يمكن أن تساعد في اختيار المرشحين الأكثر احتمالية ، كما أوضح باريك وآخرون . (4). بالإضافة إلى ذلك ، يعرض خادم الويب الخاص بنا رسومات تمثيلية لإطارات القراءة المفتوحة (ORFs) والعناصر التنظيمية المقابلة لها ، والتي يمكن تحديد أي منها ، من أجل الحصول على تسلسلها لتقديمها إلى خادم BLAST الخاص بـ NCBI (8). كل RLE مرتبط بقائمة الجينات التي من المتوقع أن تخضع للوائحها. The genome context of these genes, analyzed with our local GeConT web server ( 9 ), in addition to the scores of the pre-computed RLEs, can be of great assistance when evaluating the likelihood of a new prediction.

A great resource when working with RNA families is the Rfam database ( 10 ). We have used their models to annotate our RLEs. As of version 7.0, Rfam contains a total of 503 families, 125 of them are non-coding, and 11 of these are annotated as riboswitches. We were able to recover automatically all but one of these riboswitches, missing the ykoK عنصر. Our matrices for the most abundant riboswitches perform very well when compared with the co-variance models used by Rfam (∼90% coverage when analyzing bacterial sequences). Less common riboswitches (e.g. lysine and purine) are more difficult to model with sequence-based weight-matrices. Our method thus tends to recover between 70 and 80% of these Rfam members. Our data set also contains six more RLEs that coincide with an Rfam رابطة الدول المستقلة -regulating member and 341 RLEs that do not have a match and thus remain as predicted elements. We have calculated a ص -value, assuming a hyper-geometrical distribution, for each RLE to be over-represented in a given COG or KEGG pathway ( 11 ). Thus, we provide every RLE with a tentative functional assignation.

As far as we know there are only two servers, beside ours, that can be used to locate riboswitches in a given sequence: riboswitch finder ( 12 ) which, in its current implementation, only searches for the purine-sensing riboswitch, and Rfam, that has an option to locate riboswitches in any sequence, but as co-variance searches have high computational requirements, the sequence length is limited to 2 kb. RibEx, in addition to performing searches on larger sequences, allows the user a greater view of the regulatory potential of his sequence, by showing the ORFs and predicted attenuators. The 341 predicted RLEs also make RibEx a great complement to the curated families contained in Rfam.


Definition of eukaryotes and prokaryotes

بدائيات النوى (pro-KAR-ee-ot-es) (from Old Greek طليعة- before + karyon nut or kernel, referring to the cell nucleus, + suffix -otos، رر. -otes also spelled "procaryotes") are organisms without a cell nucleus (= karyon), or any other membrane-bound organelles. Most are unicellular, but some prokaryotes are multicellular.

حقيقيات النواة (IPA: [juːˈkæɹɪɒt]) are organisms whose cells are organized into complex structures by internal membranes and a cytoskeleton. The most characteristic membrane bound structure is the nucleus. This feature gives them their name, (also spelled "eucaryote,") which comes from the Greek ευ, meaning good/true, and κάρυον, meaning nut, referring to the nucleus. الحيوانات والنباتات والفطريات والطلائعيات هي حقيقيات النوى.


المواد والأساليب

Computational analysis

In-house Perl scripts were used to organize the execution of other software tools, compute various statistics, and maintain local relational databases of genome and gene information. Many of these scripts rely on Bioperl [82], and the Bio::Graphics module was particularly useful for visualizing the genomic contexts of riboswitch matches.

Riboswitch identification

Covariance models were trained on sequence alignments adapted from various sources (Table 1) using the Infernal software package (version 0.55) [83]. Heuristic filtering techniques [16] were used to accelerate CM searches of microbial sequences in the RefSeq database (version 12) [84] and environmental shotgun sequences from an acid mine drainage community [85], the Sargasso Sea [25], and Minnesota soil and whale fall sites [86]. CM searches for TPP riboswitches were also conducted against the plant and fungal portions of the RefSeq database (version 13).

The regulatory potentials of putative riboswitch aptamers were assessed by examining their genomic contexts. To uniformly predict gene functions, protein domains were assigned to COGs (orthologous gene clusters) [87] using RPS-BLAST and scoring matrices from the Conserved Domain Database (CDD) [88]. The plausibility of putative aptamer structures was assessed by computationally aligning hits to the original CM with Infernal and manually examining divergent RNA structures. Using these two complementary criteria, we established trusted CM score cutoffs. All hits in the microbial RefSeq database above these thresholds were judged to be functional riboswitches. Since gene context information is not available for most environmental sequences, hits from these data sets were included only if they had CM scores above the trusted threshold. Additional low-scoring sequences from the RefSeq database were also included when their genomic contexts and alignments strongly indicated that they were functional riboswitches.

To verify that this approach efficiently recovers known riboswitches, the final results were compared to a list of TPP riboswitches compiled in a comparative genomics analysis of thiamin metabolic genes and this regulatory RNA element [48]. The new searches successfully found all TPP riboswitches that had been previously identified in the set of complete microbial genomes analyzed in both studies. They also discovered a small number of TPP riboswitches upstream of thiamin-related genes (for example, a pnuC homolog in هيليكوباكتر بيلوري و thiM في المكورات اللبنية) in genomes examined by the former study that had not yet been reported.

For the glycine riboswitch, a single aptamer covariance model and a tandem model containing both the first and second aptamers were used to separately identify matches. Every aptamer that is part of a tandem configuration was found by the single aptamer CM search, and cases of lone aptamers were noted. For consensus structure and MI calculations only the tandem glycine aptamer alignment was considered, but the complete set of lone and tandem aptamer glycine riboswitches were included in the expression platform analysis. Expression platform counts for other riboswitch classes that rarely occur in tandem were not corrected.

Mechanism classification

Expression platforms were classified according to the scheme in Figure 2 for a subset of the riboswitch matches found in complete and unfinished microbial genomes. Aptamer sequences with more than 95% pairwise identity at reference columns (positions where ≥50% of the weighted sequences in the alignment do not contain a gap) were omitted to avoid biasing statistics with duplicate sequences. Riboswitches with suspect gene annotations where >60 nucleotides (nt) of an open reading frame (ORF) on the same strand overlapped the aptamer or >700 nt separated the aptamer and the nearest downstream ORF were also screened out. Most of these cases appear to result from incorrect start codon choices, overpredictions of hypothetical ORFs, or missing annotation of real genes. The remaining sequences constituted the expression platform data set, and sequences beginning at the 5' end of each aptamer and continuing through the first 120 nt of the downstream ORF were extracted for further analysis.

Riboswitches where the downstream gene was on the opposite strand were examined as candidates for antisense regulation. Other riboswitches were classified as directly regulating translation initiation when the downstream gene's start codon was within 15 nt of the end of the conserved aptamer core structure (usually the P1 paired element). The remaining expression platforms were scanned with the local RNA secondary structure prediction program Rnall (version 1.1) [89] for intrinsic transcription terminators with a scanning window of 50 nt, a U-tail weight threshold of 4.0, a U-tail pairing stability cutoff of -8.3 kcal/mol, and default settings for other parameters. Riboswitches with a terminator predicted in their expression platform sequence were assigned transcription attenuation mechanisms. These riboswitches were classified as also regulating translation if the distance between the terminator hairpin and the gene's start codon is no more than 10 nt. Expression platforms that did not match any of the above criteria are assumed to employ translation attenuation mechanisms.

Rnall and distance parameters were calibrated by comparing expression platform predictions to expert predictions for a large and phylogenetically diverse collection of TPP riboswitches [48]. Rnall correctly predicts 46 out of 52 terminators in this data set with only 3 predictions of terminators in sequences not manually evaluated as containing a terminator (a sensitivity of 88% and an accuracy of 94%). The three false positives resemble terminators and may be functional, whereas the terminators that Rnall misses usually have large hairpins with poor thermodynamic stabilities. Overall, the decision tree classifies 159 out of 180 TPP riboswitch expression platforms (88%) correctly into the category assigned in the control set.

Consensus secondary structures

We manually adjusted the covariance model alignments of riboswitch aptamers while refining their consensus secondary structures. In particular, bases taking part in pseudoknotted pairings that cannot be represented by CMs were shifted to accurately represent these interactions. Bases flanking gapped consensus columns, which are sometimes ambiguously spread out across many possible positions by the alignment algorithm, were also systematically condensed into a minimum number of overall consensus columns. As new structure motifs and base-base interactions became evident, the alignments were adjusted to reflect these new constraints. Riboswitch sequences in the final alignments were weighted using Infernal's internal implementation of the GSC algorithm [90] to reduce biases from duplicate and similar sequences before calculating consensus structure statistics.

Mutual information significance

Duplicate sequences were purged and columns with >50% gaps were removed from riboswitch alignments prior to the MI analysis, and, if necessary, alignments were further pruned to the 300 most diverse sequences (as judged by pairwise base differences). A customized version of the program Rate4Site (version 2.01) [91] with modified output options was used to simultaneously estimate distances and per-column rates of evolution according to a gamma distributed model with at least 16 rate categories and a phylogenetic tree created with Jukes-Cantor distances that treated gaps as missing information. The resulting trees, rates, and distances were used to simulate 10,000 resampled alignments starting from an arbitrary ancestral sequence. Then, gaps and sequence weights were re-inserted into each of these derivative alignments at the same positions that they occupied in the original alignment.

Mutual information was calculated between column pairs for all alignments according to standard formulas [60], taking into account sequence weights and treating gaps as a fifth character state. The resampled alignments were used to estimate what the MI score distribution would have been if the bases present in each column had evolved independently, without covariation constraints. ال ص value significance of the actual MI between two columns is the fraction of the resampled alignments that have a greater MI score than the value observed between those two columns in the real alignment.


شاهد الفيديو: البكتيريا. بدائيات النوى. مادة الأحياء (شهر نوفمبر 2022).