ยีนและสัญญาณ
มาร์ค พัชเน่ &Alexander Gann
Cold Spring Harbor Laboratory Press: 2002 208 หน้า 59 ดอลลาร์, 43 ปอนด์ (hbk); $39, £28 (pbk)
การเว็บสล็อตควบคุมการแสดงออกของยีนเป็นลักษณะพื้นฐานของปรากฏการณ์ทางชีววิทยา เช่น การตอบสนองต่อสภาวะแวดล้อม การพัฒนาของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ สัณฐานวิทยา และโรค รูปแบบการกำกับดูแลของยีนนั้นมีความหลากหลายและซับซ้อนเป็นพิเศษ แต่การควบคุมของแต่ละยีนนั้นแม่นยำโดยคำนึงถึงเวลาและปริมาณการแสดงออก การควบคุมยีนยังมีความยืดหยุ่นอย่างน่าทึ่ง ทั้งเพื่อเปลี่ยนแปลงกลุ่มดาวของยีนอย่างรวดเร็วซึ่งแสดงออกในการตอบสนองต่อสภาวะใหม่อย่างรวดเร็ว และเพื่อรองรับความต้องการทางวิวัฒนาการ อย่างมากที่สุด โปรตีนสองสามพันตัวแสดงถึงความซับซ้อนและความแม่นยำของการควบคุมยีนในมนุษย์ สิ่งนี้สำเร็จได้อย่างไร?
การศึกษาระดับโมเลกุลของการควบคุมยีนได้รับการบุกเบิกโดยFrançois Jacob และ Jacques Monod ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ในช่วงกลางทศวรรษ 1960 แบคทีเรีย Escherichia coliกำหนดประเภทพื้นฐานของลำดับดีเอ็นเอจำเพาะสามประเภทที่กำหนดระดับการแสดงออกภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาเฉพาะ ลำดับดีเอ็นเอควบคุมดังกล่าวกลายเป็นตำแหน่งการจับที่จำเพาะสำหรับ RNA polymerase โปรตีนกดอัด และโปรตีนกระตุ้น การควบคุมของยีนแต่ละตัวถูกกำหนดโดยคุณภาพของตำแหน่งในการจับโพลีเมอเรสของมัน ตัวกระตุ้นเฉพาะและ/หรือโปรตีนตัวยับยั้งที่จับในบริเวณใกล้เคียงกับ RNA พอลิเมอเรส และสภาวะทางสรีรวิทยาที่ปรับการทำงานของตัวกระตุ้นและ/หรือตัวยับยั้ง
Monod เคยเขียนไว้ว่า “ทุกสิ่งที่เป็นจริงของE. coliจะต้องเป็นจริงสำหรับช้าง ยกเว้นมากกว่านั้น” ในหนังสือที่ชัดเจนและเร้าใจ Mark Ptashne ผู้นำในวงการนี้มาเกือบ 40 ปี และ Alexander Gann โต้แย้งเกี่ยวกับหลักการที่เป็นหนึ่งเดียวของการควบคุมยีนที่เน้นแนวคิดของการสรรหาที่มีการควบคุมโดยใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีน พวกเขายังคงโต้แย้งว่าการจัดหาที่มีการควบคุมดังกล่าวเป็นกลยุทธ์ทั่วไปที่ใช้โดยกลไกทางชีววิทยาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับความจำเพาะของเอนไซม์ ความแม่นยำในการกำกับดูแล และความยืดหยุ่นของวิวัฒนาการ
โดยใช้ตัวอย่างที่เลือกสรรมาอย่างดีสองสามตัวอย่าง อันดับแรก Ptashne และ Gann อธิบายกลไกที่แตกต่างกันสามประการของการกระตุ้นการถอดรหัสในแบคทีเรีย ในกลไกหนึ่ง โปรตีนแอคติเวเตอร์ที่จับกับดีเอ็นเอจะกระตุ้นการแสดงออกของยีนโดยการคัดเลือก RNA polymerase เข้ากับลำดับโปรโมเตอร์ที่อยู่แค่ต้นน้ำของยีน การสรรหาถูกสื่อกลางโดยพื้นผิว ‘กาว’ สั้น ๆ ระหว่างตัวกระตุ้นและโพลีเมอเรส และคุณสมบัติของกาวในตัวของมันเองเพียงพอสำหรับการเปิดใช้งาน ในกลไกที่สอง ตัวกระตุ้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในพอลิเมอเรสที่ไม่ใช้งานซึ่งจับอยู่ที่โปรโมเตอร์แล้ว ดังนั้นกระตุ้นการถอดรหัส และในกลไกที่สาม ตัวกระตุ้นจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างในโปรโมเตอร์ โดยเปลี่ยนจากรูปแบบที่ไม่ใช้งานเป็นรูปแบบที่ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนนี้ของหนังสือนำเสนอการทดลองและข้อโต้แย้งที่สำคัญสำหรับกลไกเหล่านี้ในลักษณะที่ชัดเจนเป็นพิเศษและแสดงให้เห็นอย่างสวยงาม ผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญสามารถเข้าใจได้ ซึ่งตั้งใจไว้สำหรับสิ่งนั้น และเป็น ‘ต้องอ่าน’ สำหรับทุกคนที่สนใจในการควบคุมยีน
ด้วยบทเรียนจากแบคทีเรียเหล่านี้ Ptashne และ Gann จึงพิจารณายีสต์ ซึ่งเป็นยูคาริโอตเซลล์เดียว และสรุปว่าการกระตุ้นเกิดขึ้นโดยการจัดหาเครื่องจักรการถอดรหัสที่มีการควบคุม (ซึ่งมีโปรตีนมากกว่า 50 ชนิดและซับซ้อนกว่าโพลิเมอร์จากแบคทีเรียมาก) อีกครั้ง ผู้เขียนใช้อุปกรณ์ของตัวอย่างที่เลือกสรรมาอย่างดีเพื่อความชัดเจน บทสรุปมีการโต้เถียงอย่างน่าเชื่อถือ และผลลัพธ์ที่ได้คือความกระจ่างแก่ทั้งผู้เชี่ยวชาญและมือใหม่ การเน้นย้ำเรื่องการสรรหาที่มีการควบคุมมีความสำคัญต่อเนื้อหาในหัวข้อโดยรวมของหนังสือ และเป็นความจริงอย่างแน่นอนที่กลไกนี้มีอิทธิพลเหนือเซลล์ยีสต์
อย่างไรก็ตาม ในการเน้นย้ำ
ความคล้ายคลึงพื้นฐานระหว่างแบคทีเรียและยูคาริโอต Ptashne และ Gann ได้เลือกทางเลือกที่แปลกใหม่ในการจำแนกกิจกรรมการปรับเปลี่ยนโครมาตินซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องจักรถอดรหัส เอ็นไซม์ดัดแปลงโครมาตินและโครมาตินส่งผลต่อกระบวนการยูคาริโอตทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับ DNA และโดยทั่วไปถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของเทมเพลต DNA มากกว่ากลไกการถอดรหัส ดังนั้นแม้ว่าตัวกระตุ้นและตัวยับยั้งจะใช้พื้นผิวที่มีกาวสำหรับการจัดหากิจกรรมการปรับเปลี่ยนโครมาตินที่มีการควบคุม การจัดหาดังกล่าวไม่ได้ส่งผลกระทบโดยตรงต่อการถอดรหัสและแท้จริงแล้วจะคล้ายกับกลไกของแบคทีเรีย (แม้ว่าจะแตกต่างกันในทางกลไก) ซึ่งตัวกระตุ้นจะปรับเปลี่ยนโครงสร้างโปรโมเตอร์ ในยูคาริโอต โครงสร้างโครมาตินพื้นฐานทำให้โปรโมเตอร์หลักไม่ทำงานโดยเนื้อแท้ในกรณีที่ไม่มีตัวกระตุ้น ในขณะที่โปรโมเตอร์แบคทีเรียสามารถเข้าถึงได้โดยพอลิเมอเรส ในความคิดของฉัน โครมาตินมีผลพื้นฐานต่อตรรกะของการควบคุมยีนในยูคาริโอต แต่ลัทธินิกายฟันดาเมนทัลลิสม์อยู่ในความเชื่อของคนดู
ส่วนที่น่าผิดหวังเพียงอย่างเดียวของหนังสือเล่มนี้คือส่วนสั้นๆ เกี่ยวกับยูคาริโอตที่สูงกว่า แตกต่างจากส่วนที่เหลือของหนังสือเล่มนี้ และไม่เหมือนกับเอกสารที่มีอิทธิพลก่อนหน้าของ Ptashne A Genetic Switchส่วนนี้ครอบคลุมปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันมากมาย (ทั้งหมดที่น่าสนใจและสำคัญมาก) ในรูปแบบที่ค่อนข้างคร่าวๆ เรื่องนี้เรียกร้องให้มีหนังสือเล่มอื่น แม้ว่ามันอาจจะยังเร็วเกินไปที่จะเขียนหนังสือเล่มหนึ่งในระดับที่เราเป็นและต้องการที่จะยังคงคุ้นเคยเว็บสล็อต
