82 การควบคมการแสดงออกของยน

5. การควบคมการแสดงออกของยน (Regulation of Gene Expression)

การแสดงออกของยนเพอสรางโปรตนแตละชนดจะเกดขนในเวลาและปรมาณทแตกตางกนทงน

ขนกบบทบาทและหนาทของโปรตนชนดนนๆ โดยโปรตนทมความส าคญตอการด ารงชวตของเซลลจะม

การผลตอยตลอดเวลา ซงการแสดงออกของยนเพอสรางหรอผลตโปรตนเหลานจะเรยกวา

“Constitutive gene expression” เชน การแสดงออกของยนเพอผลตเอนไซมในวถ Glycolysis และ

Creb’s Cycle และเรยกยนของโปรตนเหลานวา “Housekeeping genes” สวนโปรตนอกจ าพวกหนงจะ

ถกสงเคราะหขนกตอเมอเซลลมความจ าเปนตองใชหรอถกเหนยวน าใหสรางขนในบางสภาวะเทานน

เรยกโปรตนเหลานวา “Inducible protein” เชน กลมเอนไซมทใชในการซอมแซม ดเอนเอ จะถก

เหนยวน าใหสรางขนกตอเมอ ดเอนเอถกท าลาย ในท านองกลบกนจะมโปรตนอกจ าพวกหนงถกสราง

นอยลงเมอเซลลไมจ าเปนตองใช เชน กลมเอนไซมทใชในการสงเคราะหกรดอะมโน Tryptophan ใน

แบคทเรย จะถกลดการสรางลงเมอเซลลมปรมาณ Tryptophan เพยงพอ เรยกโปรตนเหลานวา

“Repressible protein”

กระบวนการตางๆ ทเกดขนระหวางการแสดงออกของยน (รปท 5.1) จะมผลโดยตรงตอปรมาณ

โปรตนทเปนผลตภณฑของยน ดงนนการกระตนหรอการยบยงขนตอนใดๆ ในกระบวนการเหลานยอม

มผลกระทบตอปรมาณโปรตนทเปนผลตภณฑขนสดทายทงสน จากกระบวนการสงเคราะหโปรตนซง

เปนสวนหนงของการแสดงออกของยนพบวา เซลลตองใชพลงงานอยางมากเพอสงเคราะหสายพอล

เพปไทด 1 สาย ดงนนการควบคมการแสดงออกของยนหรอการควบคมการสงเคราะหโปรตนให

เหมาะสมตอความตองการของเซลล จะเปนการชวยใหเซลลสามารถใชพลงงานทเซลลผลตไดอยางม

ประสทธภาพ

การแสดงออกของยนเพอใหไดผลตภณฑของยนในรปโปรตนจะประกอบไปดวยกระบวนการ

ตางๆ อยางนอย 7 กระบวนการ (รปท 5.1) ดงตอไปน

1) การสงเคราะห primary RNA transcript (Transcription)

2) การดดแปลงโมเลกลของ mRNA หลงการถอดรหส ( Posttranscriptional modification of

mRNA)

3) การยอยสลาย mRNA (mRNA degradation)

4) การสงเคราะหโปรตน (Translation)

5) การดดแปลงโมเลกลของโปรตนหลงการแปลรหส (Posttranslational modification of proteins)

6) การน าสงไปยงต าแหนงเปาหมายและการเคลอนทของโปรตน ( Protein targeting and

transport)

7) การยอยสลายโปรตน (Protein degradation)

83 การควบคมการแสดงออกของยน

การควบคมการแสดงออกของ ยนสวนใหญจะเปนการควบคมในขนตอนเรมตนการถอดรหส

(Transcription initiation) เพราะขนตอนนถอวาเปนขนตอนทสามารถควบคมการแสดงออกของยนได

อยางมประสทธภาพมากทสด

รปท 5.1 กระบวนการตางๆ ทเกดขนในขนตอนการแสดงออกของยน

(ทมา: Nelson and Cox, 2013, p. 1156)

5.1 การควบคมการแสดงออกของยนในโพรแครโอต

การควบคมการแสดงออกของยนในโ พรแครโอต แบงไดเปน 2 ระดบ คอ การควบคมในระดบ

การถอดรหส (Transcriptional control) และ การควบคมในระดบการแปลรหส (Translational control)

5.1.1 การควบคมในระดบการถอดรหส (Transcriptional control) ในโพรแครโอต

การถอดรหสหรอการสงเคราะห อารเอนเอ เรมตนจากเอนไซม RNA polymerase เขาจบกบ

โปรโมเตอร (Promoter) ซงความจ าเพาะระหวางเอนไซม RNA polymerase กบล าดบเบสในโปรโมเตอร

จะเปนตวก าหนดแรงยดเหนยวระหวางเอนไซมกบโปรโมเตอร และเปนตวก าหนดปรมาณหรอความถ

84 การควบคมการแสดงออกของยน

ในการสงเคราะห อารเอนเออกตอหนงดวย นอกจากความจ าเพาะของเอนไซม RNA polymerase ตอ

ล าดบเบสในโปรโมเตอรจะเปนตวควบคมการแสดงออกของยนในระดบหนงแลวยงมกลไกอนอกหลาย

อยางทชวยควบคมกระบวนการถอดรหส เชน การควบคมโดยโปรตนควบคม (Regulatory protein) การ

ควบคมแบบ Attenuation และการควบคมโดย Antiterminator เปนตน

5.1.1.1 การควบคมการถอดรหสโดยอาศยโปรตนควบคม (Regulatory protein)

โปรตนควบคม (Regulatory protein) เปนโปรตนทสรางจากยนควบคม (Regulatory gene)

ท าหนาทควบคมการสงเคราะห mRNA โดยโปรตนควบคมทท าหนาทยบยงการสงเคราะห mRNA

เรยกวา โปรตนยบยง (Repressor) สวนโปรตนควบคมทท าหนาทกระตนการสงเคราะห mRNA เรยกวา

ตวกระตน (Activator)

ยนของโพรแครโอตส าหรบสรางโปรตนทเกยวของในวถเมแทบอลซมเดยวกน สวนใหญจะ

อยตดกนเปนชดเรยกวา Polycistronic gene ซงจะมโปรโมเตอร แคชดเดยวในการควบคมหรอก าหนด

ความจ าเพาะตอเอนไซม RNA polymerase และเกดการถอดรหสของยนหลายยนทเดยวพรอมกนทงชด

ทควบคมดวยโปรโมเตอรเดยวกน จะเรยกสวนของดเอนเอทประกอบไปดวยสวนของโปรโมเตอร กลม

ของยนทอยตดกนเปนชด และสวนของ ดเอนเออนๆ ทเกยวของกบการควบคมการแสดงออกนวา

“operon” (รปท 5.2)

รปท 5.2 “operon” ของโพรแครโอต ประกอบดวย สวนโปรโมเตอร กลมของยนทอยตดกนเปนชด และ

สวนของดเอนเออนๆ ทเกยวของกบการควบคมการแสดงออกของยน (Regulatory sequences)

(ทมา: Nelson and Cox, 2008, p. 1119)

5.1.1.1.1 lac operon

เปนทฤษฎ operon ทฤษฎแรกท Jacques Monod และ Francois Jacob (ค.ศ. 1960) ได

ใชอธบายกลไกการควบคมการถอดรหสในโ พรแครโอตโดยอาศยโปรตนควบคม โดย lac operon เปน

operon ทเกยวของกบการสงเคราะหเอนไซมทใชส าหรบเมแทบอลซม ( Metabolism) ของน าตาล

Lactose ซงยนโครงสราง (Structural genes) ทเปนองคประกอบของ lac operon ไดแก

(1) -Galactosidase (Z) gene ส าหรบสงเคราะหเอนไซม -Galactosidase เพอท า

หนาทยอยสลาย Lactose ใหเปน Galactose และ Glucose

85 การควบคมการแสดงออกของยน

(2) Galactoside permease (Y) gene ส าหรบสงเคราะหเอนไซม Galactoside permease

ซงท าหนาทเกยวของกบการน า lactose เขาสเซลล

(3) Thiogalactoside transacetylase (A) gene ส าหรบสรางเอนไซม Thiogalactoside

transacetylase ซงท าหนาทเตมหม Acetyl ใหกบ Galactoside ทไมถกยอยและน าสงออกนอกเซลล

สวนของดเอนเอทท าหนาทควบคม lac operon จะอยตอนตนของยนโครงสราง (รปท

5.3) โดยประกอบดวยโปรโมเตอรซงเปนบรเวณทเอนไซม RNA polymerase เขาจบเพอเรมตนการ

ถอดรหส และ Operator (O) ซงเปนบรเวณทโปรตนยบยง (Repressor) เขาจบ โดยในภาวะทเซลลไมม

Lactose แบคทเรย E. coli ไมจ าเปนตองใชกลมเอนไซมใน lac operon ดงนนการสงเคราะห mRNA

ส าหรบเอนไซมใน lac operon จะถกยบยงดวยโปรตนยบยง Lac repressor ซงสงเคราะหมาจากยน

ควบคม (ยน lac I) โดย Lac repressor จะเขาจบกบ Operator และยบยงการท างานของเอนไซม RNA

polymerase ซงการยบยงนไมไดเปนการยบยงอยางสมบรณ กลาวคอ ยงมการสงเคราะหเอนไซมใน

lac operon ไดบางในปรมาณต าๆ ซงสามารถเกดขนไดในขณะท Lac repressor หลดออกจาก Operator

เปนครงคราว การควบคมการแสดงออกของยนโดย Repressor ไปยบยงการถอดรหสของยน เรยกวา

“Negative Regulation”

แบคทเรย E. coli เมอถกเลยงในภาวะทมน าตาล Lactose จะมการกระตน lac operon

ใหมการสงเคราะหกลมเอนไซมทจ าเปนในการใช น าตาล Lactose โดยโมเลกลของ Lactose ทเขาไปใน

เซลลสวนหนงจะถกเอนไซม -Galactosidase ซงมอยแลวในปรมาณต าๆ ภายในเซลล เปลยนใหเปน

Allolactose ซงเปน Isomer ของ Lactose จากนน Allolactose จะเขาจบกบ Lac repressor ท าใหโมเลกล

ของ Lac repressor เกดการเปลยนแปลงโครงสราง ไมสามารถจบกบ Operator ไดอกตอไป สงผลให

เซลลสามารถสงเคราะหเอนไซม -Galactosidase ได และสงเคราะหไดสงถง 1,000 เทา เมอเทยบกบ

ภาวะทไมม Lactose ในเซลล ซงกรณนจะเรยก Allolactose วาเปน “Inducer” นอกจาก Allolactose แลว

พบวา -Galactoside ตวอน เชน Isopropylthiogalactoside (IPTG) กสามารถท าหนาทเปน Inducer ได

เหมอน Allolactose

การเลยงแบคทเรยในอาหารเลยงเชอทม Glucose เปนแหลงพลงงาน ไมใชเฉพาะ

เอนไซมใน lac operon เทานนทถกยบยง ไมใหมการสงเคราะห แตพบวามเอนไซมอนทไมเกยวของกบ

การใชน าตาล Glucose กจะถกกดไวไมใหมการสงเคราะหเชนกน ปจจบนเปนททราบกนดวาในขณะท

เซลลใช Glucose เปนแหลงพลงงาน ระดบ cAMP ในเซลลจะลดต าลง แตเมอเซลลขาด Glucose ระดบ

cAMP จะสงขน เพราะในขณะทเซลลม Glucose เอนไซม Adenylate cyclase ซงท าหนาทสงเคราะห

cAMP จะอยในรปทไมท างาน แตเมอเซลลขาด Glucose เอนไซมนจะเปลยนเปนรปทสามารถท างานได

และท าหนาทเปลยน ATP เปน cAMP ซง cAMP ทเกดขนน จะจบกบโปรตน CAP (Catabolite gene

activator protein) หรอ CRP (Cyclic AMP receptor protein) เกดเปนโมเลกลเชงซอนทสามารถจบ

86 การควบคมการแสดงออกของยน

จ าเพาะกบดเอนเอต าแหนงใกลกบ lac promoter (รปท 5.3) ท าใหเอนไซม RNA polymerase จบกบโปร

โมเตอรไดดขน และกระตนใหมการสงเคราะห mRNA เพมมากขนไดถง 50 เทา ดงนนเอนไซมใน lac

operon จงถกสงเคราะหขนในปรมาณมากและรวดเรวทนตอความตองการของเซลล เราเรยกโมเลกล

เชงซอน cAMP-CAP ในทนวา ตวกระตน (Activator) ซงการควบคมการแสดงออกของยนโดยอาศย

Activator ไปชวยกระตนใหมการถอดรหสเพมมากขนน เรยกวา “Positive regulation”

รปท 5.3 lac operon (ก) แสดงองคประกอบของ lac operon; lac I = ยนควบคมซงท าหนาทสงเคราะห Lac repressor,

P = promoter ของยน lac, PI = promoter ของยน lac I, O1 = Operator หลก ส าหรบ lac operon ซงบรเวณ Inverted

repeat จะถกจบดวย Lac repressor, O2 และ O3 = Operator รอง ส าหรบ lac operon ซงสามารถจบกบ Lac

repressor ไดแตไมดเทา O1, lac Z = ยนของ -Galactosidase, lac Y = ยนของ Galactoside permease, lac A =

ยนของ Thiogalactoside transacetylase (ข) Lac repressor จบไดทง Operator หลกและ Operator รองของ lac

operon (ค) แสดงการจบของ Lac repressor กบสวนของดเอนเอบรเวณ Operator

(ทมา: Nelson and Cox, 2013, p. 1160)

(ก)

(ข)

(ค)

Lac repressor

87 การควบคมการแสดงออกของยน

การจบของโมเลกลเชงซอน cAMP-CAP กบบรเวณจ าเพาะใกลต าแหนงโปรโมเตอรม

ความส าคญมาก เพราะจากการทดลองพบวาหากไมมการกระตนโดย cAMP-CAP แลว จะมการ

สงเคราะห mRNA ใน lac operon นอยมาก แมวาจะม Lactose อยกตาม (รปท 5.4ค) ดงนนการ

แสดงออกของยนระดบการถอดรหสใน lac operon จะแสดงออกไดอยางมประสทธภาพเฉพาะใน

สภาวะทเซลลมระดบ Glucose ต า (ระดบ cAMP สง) และม Lactose อยเทานน (รปท 5.4ง)

รปท 5.4 ผลของระดบ glucose ตอการแสดงออกของยนระดบการถอดรหสใน lac operon ในสภาวะทม

และไมม Lactose ; (ก) ระดบ Glucose สง (ระดบ cAMP ต า) และไมม Lactose; (ข) ระดบ Glucose ต า

(ระดบ cAMP สง) และไมม Lactose; (ค) ระดบ Glucose สง (ระดบ cAMP ต า) และม Lactose; (ง) ระดบ

Glucose ต า (ระดบ cAMP สง) และม Lactose

(ทมา: Nelson and Cox, 2013, p. 1166)

(ก) ระดบ Glucose สง (ระดบ cAMP ต า) และไมม Lactose

(ข) ระดบ Glucose ต า (ระดบ cAMP สง) และไมม Lactose

(ค) ระดบ Glucose สง (ระดบ cAMP ต า) และม Lactose

(ง) ระดบ Glucose ต า (ระดบ cAMP สง) และม Lactose

88 การควบคมการแสดงออกของยน

จะเหนไดวาการควบคมการถอดรหสในโ พรแครโอตโดยทฤษฎ operon น เอนไซมทกตวท

อยภายใตการควบคมของ operon เดยวกนจะถกยบยงหรอกระตนการสรางพรอมกนทงชด ซงเรยกวา

มการควบคมแบบสมพนธรวม (Coordinate regulation)

การควบคมการแสดงออกของยน โดยใชโปรตนควบคม (Regulatory protein) ในลกษณะน

เกดขนกบการสงเคราะหเอนไซมในวถอนดวย เชน trp operon ซงเกยวของกบเมแทบอลซมของ

Tryptophan และ ala operon ซงเกยวของกบเมแทบอลซมของ Arabinose เปนตน ซงในบทน จะอธบาย

รายละเอยดเฉพาะ trp operon เทานน

5.1.1.1.2 trp operon

เปน operon ทเกยวของกบการสงเคราะหกลมของเอนไซมทใชในการสงเคราะหกรดอะ

มโน Tryptophan โดยองคประกอบหลก ส าหรบการควบคมการแสดงออกของยนใน trp operon จะ

คลายกบ lac operon แต trp operon จะมตวลดทอน (Attenuator) ในการท าหนาทควบคมการถอดรหส

เพมเตมจากการควบคมดวยโปรตนควบคม (รปท 5.5)

การแสดงออกของยนใน trp operon จะตอบสนองตอปรมาณ Tryptophan ในเซลล ซง

ถาเซลลมปรมาณ Tryptophan เพยงพอ ยนส าหรบสงเคราะหเอนไซมใน trp operon จะถกยบยงไมให

แสดงออก ในการควบคมการแสดงออกของยน ทเปนองคประกอบของ trp operon โดยโปรตนควบคม

นน (รปท 5.4) จะตางจาก lac operon คอ โปรตนยบยงของ trp operon จะถกสรางขนมาในรปทยงไม

สามารถท างานได เรยกวา “Aporepressor” โดยในภาวะทเซลลม Tryptophan มากเพยงพอ

Tryptophan จะจบกบ Aporepressor และท าให Aporepressor เปลยนเปนรปทสามารถท างานได ซงจะ

ไปจบกบบรเวณ Operator ของ trp operon และมผลยบยงการแสดงออกของยนใน trp operon (รปท

5.5) แตในทางตรงกนขาม ถาเซลลม Tryptophan ไมเพยงพอ โปรตนยบยงสวนใหญจะอยในสภาพทไม

ม Tryptophan จบอย จงไมสามารถจบกบ Operator ได ดงนนการสงเคราะห mRNA ของยนใน trp

operon จงเกดขนได

การสงเคราะหเอนไซมใน trp operon จะด าเนนไปจนกระทงระดบ กรดอะมโน

Tryptophan ในเซลลสงขนระดบหนงซงเปนระดบทเพยงพอตอความตองการของเซลลเทานน จากนน

จะมกลไกในการท าใหอตราการสงเคราะหเอนไซมใน trp operon คอยๆ ลดลง หรอ ยตลง โดยใชตว

ลดทอน (Attenuator) ซงจะไดกลาวในล าดบถดไป

89 การควบคมการแสดงออกของยน

รปท 5.5 trp operon; แสดง Trp repressor ซงถกสรางออกมาในรป Aporepressor กอน และ ตวลดทอน (Attenuator)

ซงท าหนาทควบคมการแสดงออกของยนใน trp operon เพมเตมจากการควบคมการแสดงออกของยนดวย โปรตน

ควบคม

(ทมา: Nelson and Cox, 2013, p. 1167)

5.1.1.2 การควบคมการถอดรหสแบบ Attenuation

trp operon นอกจากจะถกควบคมดวยโปรตนควบคม (Trp repressor) ดงกลาวขางตนแลว

การแสดงออกของยนใน trp operon ส าหรบสรางเอนไซมทใชในการเปลยน Chorismate ไปเปน

Tryptophan (รปท 5.5) ยงถกควบคมดวยระบบทเรยกวา Attenuation ซงเปนการควบคมการถอดรหส

โดยอาศยขนตอนของการแปลรหส (Translation) มาเกยวของ ซงเปนการควบคมอตราการถอดรหส

โดยเปนการควบคม เพมเตมจากการควบคมในลกษณะแคการปด -เปดการแสดงออกของยนดวย

โปรตนควบคม Trp repressor ทงนเพอใหอตราการสงเคราะห mRNA ของ trp operon มความสมพนธ

กบปรมาณของกรดอะมโน Tryptophan ในเซลลดวย กลาวคอ Attenuation จะเปนระบบทควบคมการ

ถอดรหสหลงจากทการถอดรหสไดเรมตนไปแลว โดยจะเปนระบบทชวยตดสนใจวา เมอใดการ

สงเคราะห mRNA ของยนใน trp operon ซงจ าเปนส าหรบการสงเคราะห กรดอะมโน Tryptophan ควร

จะยตลง การควบคมการถอดรหสแบบน เกดขนเฉพาะในเซลลโพรแครโอตเทานน ทงนเพราะการแปล

รหสสามารถเกดขนไดในขณะทการถอดรหสก าลงด าเนนอย

90 การควบคมการแสดงออกของยน

trp operon ประกอบดวยสวนของดเอนเอประมาณ 162 นวคลโอไทด ทต าแหนง ดานหนา

ยนทางดาน 5 ทเรยกวา Leader region (trp L) (รปท 5.6) ซง Leader region นจะมสวนของ นวคลโอ

ไทด 4 บรเวณทมเบส G และ C มากเปนพเศษ (G-C rich) โดยเรยกชอเปน Sequence 1, Sequence 2,

Sequence 3 และ Sequence 4 เรยงล าดบจาก 53 ตามทศของ Coding strand โดยเมอบรเวณ

ดงกลาวถกถอดรหสไปเปน mRNA พบวาเบสของนวคลโอไทดบน mRNA ในบรเวณ Sequence 1

สามารถจบกบ เบสของนวคลโอไทดบน Sequence 2 ได ล าดบเบสของนวคลโอไทด ใน Sequence 2

สามารถจบกบเบสของนวคลโอไทด ใน Sequence 3 ได และ เบสของนวคลโอไทด ใน Sequence 3

สามารถจบกบเบสของนวคลโอไทด ใน Sequence 4 ได และเกดลกษณะโครงสรางคลายบวง (Loop

structure) ได เนองจากล าดบนวคลโอไทดดงกลาวสามารถจบกนไดพอด หรอ มล าดบเบส

Complementary กนนนเอง

ในกรณท Sequence 3 และ Sequence 4 สามารถจบกนเกดเปนโครงสรางคลายบวงบน

สาย mRNA ไดนน จะมผลท าใหเอนไซม RNA polymerase ทก าลงท าหนาทถอดรหสบนสาย ดเอนเอ

หลดออกไปได ซงการหลดออกไปของ RNA polymerase จะสงผลใหการสงเคราะห mRNA ยตลงทนท

(รปท 5.5)

Sequence 3 และ Sequence 4 ทบรเวณ Leader region ของ trp operon น เรยกวา “ตว

ลดทอน” หรอ “Attenuator” สวนโครงสรางของ Sequence 3 และ Sequence 4 บนสาย mRNA ทจบ

กนเปนโครงสรางคลายบวง จะเรยกวา “โครงสรางตวลดทอน” หรอ “Attenuator structure”

การจบกนเปนบวงของ Attenuator ขนกบการแปลรหสทบรเวณ Sequence 1 ของ Leader

region บนสาย mRNA ซงท Sequence 1 นจะม Codon ของกรดอะมโน Tryptophan อย 2 ต าแหนง โดย

ในภาวะทเซลลม Tryptophan ในระดบสง การแปลรหสผาน Sequence 1 จะเกดขนไดรวดเรวท าใหไรโบ

โซมเคลอนทไปถง Sequence 2 ไดเรวและมผลยบยง Sequence 2 ไมใหจบกบ Sequence 3 ได ดงนน

Sequence 3 จงมโอกาสทจะไปจบกบ Sequence 4 แทน แลวเกดเปน Attenuator structure ขนมา ท า

ใหการสงเคราะห mRNA ยตลง แตในภาวะทเซลลม tryptophan ในระดบต า การแปลรหสผาน

Sequence 1 จะเกดขนไดชาเพราะไรโบโซมจะหยดทต าแหนง Codon ส าหรบแปลรหสเปนกรดอะมโน

Tryptophan เปนเวลานาน เนองจากเซลลม Trp-tRNATrp ทจะเขามายงต าแหนง A site ของไรโบโซมใน

ระดบต า ดงนน Sequence 2 จงมโอกาสจะจบกบ Sequence 3 ได ซงการจบกนของ Sequence 2 กบ

Sequence 3 น จะเปนการปองกนไมให Sequence 3 ไปจบกบ Sequence 4 เกดเปน Attenuator

structure ไดนนเอง ดวยเหตนการถอดรหสของยนใน trp operon จะยงสามารถด าเนนตอไปได เพราะ

ไมม Attenuator structure มาท าใหเอนไซม RNA polymerase หลดออกจากสายดเอนเอ

91 การควบคมการแสดงออกของยน

ก.

รปท 5.6 กลไกการเกด Attenuation ของ trp operon (ก) ภาวะทม Tryptophan ในเซลลสง (ข) ภาวะทม

Tryptophan ในเซลลต า

(ทมา: Nelson and Cox, 2008, p. 1129)

นอกจาก trp operon แลว การสงเคราะหเอนไซม ทเกยวของกบเมแทบอลซม ของกรดอะ

มโนชนดอน เชน Leucine, Isoleucine, Phenylalnine และ Histidine กมระบบควบคมการถอดรหสโดยใช

Attenuator เชนกน

เมอระดบ Tryptophan สง การแปลรหสผาน Sequence 1 จะเกดขนไดรวดเรวท าใหไรโบโซมเคลอนทไปจบทบรเวณ Sequence 2 ไดกอนทจะมการถอดรหส Sequence 3 เมอการถอดรหสด าเนนไปจนได Sequence 3 และ Sequence 4 เกดขน Sequence 3 และ Sequence 4 จะจบกนเกดเปน Attenuator structure ขน ท าใหการถอดรหสยตลง

เมอระดบ Tryptophan ต า การแปลรหสผาน Sequence 1 จะเกดขนไดชา เพราะไรโบโซมจะหยดอยท Trp codon บน

Sequence 1 เปนเวลานาน จนกระทงการถอดรหสด าเนนไปได Sequence 2 และ Sequence 3 เกดขน ท าให

Sequence 2 มโอกาสจบกบ Sequence 3 ซงการจบกนน จะปองกนไมให Sequence 3 และ Sequence 4 จบกนเกด

เปน Attenuator structure ขน ทงนโครงสราง คลายบวงระหวาง Sequence 2 กบ Sequence 3 ไมสามารถท าใหการ

ถอดรหสยตลงได

(ก)

(ข)

92 การควบคมการแสดงออกของยน

5.1.1.3 การควบคมการถอดรหสโดยอาศยโปรตน Antiterminator

ยนของโพรแครโอตและไวรสจะมสญญาณหยดส าหรบการสงเคราะห mRNA บนสายด

เอนเอไดหลายต าแหนง สญญาณหยดเหลานมความแรงไมเทากน เมอเซลลตองการผลตโปรตนซงม

ยนอยถดจากสญญาณหยดของยนอน จะมโปรตนทเรยกวา “Antiterminator” เขาจบกบเอนไซม RNA

polymerase และ สายดเอนเอแมแบบ เกดเปนโมเลกลเชงซอนทมความเสถยรมากขน ท าใหเอนไซม

RNA polymerase ไมหลดออกจากสายดเอนเอแมแบบและสามารถสงเคราะห mRNA ผานสญญาณ

หยดได เชน การสงเคราะห mRNA เพอเปนแมแบบ ส าหรบสงเคราะหโปรตนของไวรสชนด

Bacteriophage lambda () เปนตน นอกจากน การควบคมการถอดรหสโดยใช Antiterminator น

สามารถพบไดในเซลลของยแครโอตบางชนดเชนกน

5.1.2 การควบคมในระดบการแปลรหส (Translational control) ในโพรแครโอต

การควบคมการแสดงออกยนในระดบการแปลรหสเปนการควบคมทขนตอนการสงเคราะห

โปรตน ตวอยางการควบคมในระดบน ไดแก (1) การควบคมการสงเคราะหโปรตน แบบปดบง

Ribosome binding site (2) การควบคมการสงเคราะหโปรตนแบบ Translational frameshift (3) การ

ควบคมการสงเคราะหโปรตนโดยใช Translational repressor และ (4) การควบคมการสงเคราะหโปรตน

โดยใช Antisense RNA

5.1.2.1 การควบคมการสงเคราะหโปรตนแบบปดบง Ribosome binding site

ในโพรแครโอต โดยทวไป mRNA ของกลมเอนไซมใน operon เดยวกน จะถกสงเคราะหขน

เปนชดแบบ Polycistronic mRNA ซงพบวาปรมาณเอนไซมแตละชนดทสงเคราะหได จะไมเทากน เชน

เอนไซมใน lac operon จะพบวามปรมาณเอนไซม -galactosidase: Galactoside permease:

Thiogalactoside transacetylase เปน 5: 2.5: 1 ซงความแตกตางนเกดจากกระบวนการสงเคราะห

โปรตน กลาวคอ mRNA ของเอนไซมในล าดบตน ๆ ของ Polycistronic mRNA จะถกแปลรหสเปนโปรตน

ไดมากกวา mRNA ของเอนไซมทอยถดไปเพราะพบวาโรโบโซมสวนใหญมกหลดออกจากสาย

Polycistronic mRNA เมอถงรหสยต (Stop codon) ส าหรบเอนไซมตวแรก ดงนนโปรตนชนดตางๆ ท

สงเคราะหจาก Polycistronic mRNA จงมปรมาณลดลงเปนล าดบจากปลาย 53 ของสาย mRNA

อยางไรกตามพบวาไวรสท าลายแบคทเรยหรอไวรสของแบคทเรยบางชนดมระบบควบคม

การสงเคราะหโปรตนจาก Polycistronic mRNA ใหไดปรมาณตามทตองการได โดยใชวธการปดบง

ต าแหนงจบกบไรโบโซม ( Ribosome binding site occlusion) ทอยดานปลาย 5 ของสาย mRNA ดวย

Tertiary structure ของสาย mRNA เอง ทงนเพอไมใหมการสงเคราะหโปรตนจากยนทอยในล าดบตนๆ

93 การควบคมการแสดงออกของยน

มากกวายนในล าดบถดไปได ตวอยางการควบคมการแสดงออกของยนในลกษณะน ไดแก การควบคม

การแสดงออกของยน Bacteriophage MS2 ซงเปน Single-stranded RNA virus (รปท 5.7)

รปท 5.7 แสดง RNA ของ Bacteriophage MS2 ประกอบดวย Coding sequences เพอสงเคราะห A

protein, Coat protein และเอนไซม Replicase

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1262)

ยนส าหรบสงเคราะหโปรตน A (A protein) ของไวรส Bacteriophage MS2 จะวางตวอยใน

ล าดบแรกบน Polycistronic mRNA แตไวรสไมไดตองการโปรตนนในปรมาณทมากทสด กลาวคอไวรส

ตองการโปรตนชนดนแค 1 โมเลกลเทานนในการประกอบเปนอนภาคไวรส แตตองการโปรตนทเปน

Coat protein และ Replicase subunit ซงมยนวางตวในล าดบถดไปในจ านวนทมากกวา ดงนนจงมการ

ควบคมใหมการสงเคราะห Coat protein และ เอนไซม Replicase จาก Polycistronic mRNA ทอยในรป

Tertiary structure ใหไดในปรมาณทมากกอนและหลงจากสงเคราะหไดเอนไซม Replicase แลวกจะม

การถายแบบอารเอนเอของจโนมไวรส ได Plus strand RNA และกอนท Plus strand ทไดจากการถาย

แบบจะเกดการมวนพบ ( Folding) ไปอยในรป Tertiary structure ไรโบโซมจะสามารถจบกบ Ribosome

binding site ทางดาน 5 ของ Plus strand RNA ได ท าใหมการแปลรหสเพอสงเคราะหโปรตน A ได

ในชวงเวลาสนๆ และไดโปรตน A ในปรมาณนอยๆ ซงสอดคลองกบความตองการใชโปรตนดงกลาวใน

การประกอบเปนอนภาคไวรส

5.1.2.2 การควบคมการสงเคราะหโปรตนแบบ Translational frameshift

การสงเคราะหโปรตนบางชนด ของไวรส Bacteriophage MS2 (รปท 5.7 ) เชน การ

สงเคราะหโปรตน L (Lysis protein หรอ L protein) ซงจ าเปนส าหรบการออกจากเซลลเจาบานของ

อนภาคไวรส จะมการควบคมการแสดงออกของยนโดย อาศย Translational frameshift กลาวคอ

1678 1902

94 การควบคมการแสดงออกของยน

Coding sequence ของยนดงกลาวจะซอนกน (Overlaps) กบ Coding sequences ของ Coat protein และ

Replicase subunit แตไมใช Reading frame เดยวกน (รปท 5.7) ซงการแปลรหสของยนนจะเกดขนได

เปนครงคราว โดยจะเกดเฉพาะเมอมการอานขามเบส (Frameshift slip) ของไรโบโซมทก าลงสงเคราะห

Coat protein เทานน

5.1.2.3 การควบคมการสงเคราะหโปรตนโดยใช Translational repressor

เปนการควบคมการแสดงออกของยนโดยใชโปรตนทเปนผลตภณฑของยนนนๆ เองเปนตว

ควบคม ซงถอเปนการควบคมแบบ ยบยงยอนกลบ (Feedback inhibition หรอ Product inhibition) เชน

การควบคมการสงเคราะห Ribosomal protein โดยเมอม Ribosomal protein เปนสดสวนทมากกวา

Ribosomal RNA โปรตนทมมากเกนพอนจะยบยงการสงเคราะหตวเองโดยการจบกบ mRNA ส าหรบ

สงเคราะห ribosomal protein แทนการจบกบ Ribosomal RNA ท าใหการสงเคราะหโปรตนชนดนถก

ยบยง (รปท 5.8)

รปท 5.8 การควบคมการสงเคราะห Ribosomal proteins จาก Polycistronic mRNA 3 ชนดใน E. coli โดย

Ribosomal proteins ทสงเคราะหขนสามารถจบกบ mRNA ทใชสงเคราะหตวมนเองและยตการแปลรหสได

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1263)

5.1.2.4 การควบคมการสงเคราะหโปรตนโดยใช Antisense RNA

Antisense RNA จะเปน RNA สายสนๆ ทมล าดบนวคลโอไทด Complementary กบนวคลโอ

ไทดทางดานปลาย 5 ของ mRNA ดงนน Antisense RNA จงสามารถจบจ าเพาะกบ mRNA ทางดาน

ปลาย 5 และขดขวางการสงเคราะหโปรตนได ตวอยางการควบคมการสงเคราะหโปรตนโดย

95 การควบคมการแสดงออกของยน

Antisense RNA ไดแก (1) การสงเคราะหโปรตน CRP ซงเปนโปรตนควบคม ใน lac operon และ (2) การ

สงเคราะหโปรตน OmpF (รปท 5.9) ซงเปนโปรตนใน Outer membrane ของ E. coli

รปท 5.9 การควบคมการสงเคราะห OmpF protein ดวย Antisense RNA ทสรางมาจากยน micF ใน E. coli

โดย Antisense RNA สามารถจบกบ ompF mRNA และยตการแปลรหสได

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1264)

5.2 การควบคมการแสดงออกของยนในยแครโอต

การควบคมการแสดงออกของยนในย แครโอตจะมความละเอยดและซบซอนกวาในโ พรแครโอต

มากเพราะกลไกพนฐานส าหรบการแสดงออกของยนในยแครโอตมความแตกตางจากโ พรแครโอต เชน

ยนส าหรบสรางเอนไซมทท างานเกยวเนองกนไมไดอยเรยงตดกนเหมอนในโ พรแครโอต พอลเพปไทด

แตละสายจะสงเคราะหไดจาก mRNA เฉพาะตว และยนแตละชนดจะมโปรโมเตอรหรอตวควบคม

จ าเพาะของมนเอง นอกจากนการถอดรหสและการแปลรหสของยนกเกดขนแยกกนเดดขาด โดยการ

ถอดรหสจะเกดขนในนวเคลยส สวนการแปลรหสจะเกดขนในไซโทพลาซม ลกษณะส าคญอกประการ

ของยนในยแครโอต คอ ยนจะอยแยกกนเปนสวนๆ ทเรยกวา Exon ซงตองมกระบวนการในการตดสวน

Intron ออกไปกอนแลวจงน า Exon มาเชอมตอเขาดวยกนทหลง จากกลไกพนฐานดงกลาวนท าใหการ

ควบคมการแสดงออกของยนในยแครโอตมความยงยากและแตกตางไปจากโพรแครโอต

5.2.1 การควบคมการถอดรหสในยแครโอต

โปรโมเตอรของยนในย แครโอตสวนใหญจะมล าดบนวคลโอไทดเปนแบบอนรกษ (Conserved

sequence) และพบไดในสงมชวตหลายชนด ซงล าดบนวคลโอไทดดงกลาวจะมความส าคญตอการ

ควบคมการแสดงออกของยนเพราะเปนต าแหนงทโปรตนควบคม (Regulatory proteins) มาจบและท า

96 การควบคมการแสดงออกของยน

ใหเกดหรอไมเกดการถอดรหสได เชน ต าแหนง TATA box, GC box, Octamer และ CAAT box (รปท

5.10) โดยลกษณะของล าดบนวคลโอไทด และชนดของโปรตนควบคมทจบกบต าแหนงดงกลาว เปนดง

แสดงในตารางท 5.1

รปท 5.10 ตวอยางลกษณะของ Eukaryotic promoters ซงประกอบดวยสวนของ ดเอนเอ ทเปนบรเวณ

จ าเพาะส าหรบการจบโดยโปรตนทควบคมการถอดรหส

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1149)

ตารางท 5.1 ล าดบนวคลโอไทดชนดตางๆ ทพบในโปรโมเตอรของยนในยแครโอต

ชอล าดบ

นวคลโอไทด

ลกษณะจ าเพาะของ

ล าดบนวคลโอไทด

โปรตนควบคมทจบกบ

ล าดบนวคลโอไทด

ค าอธบาย

TATA box TATAAAA TBP, TFIID พบไดทวไปในโปรโมเตอรของยแครโอต

CAAT box GGCCAATCT CP1 พบไดทวไปใน Upstream region ของโปรโมเตอร

ของยแครโอต

GC box GGGCGG SP1 มกพบในโปรโมเตอรของยแครโอตชนด TATA-less

promoters

Octamer ATTTGCAT Oct1, Oct2 เปนองคปะกอบในโปรโมเตอรของกลมยน

Homeotic genes

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1148)

การถอดรหสของยนในย แครโอต นอกจากเอนไซม RNA polymerase และโปรโมเตอรแลว

ปจจยอนอกหลายชนดทมความส าคญตอการถอดรหส ไดแก โปรตนกระตนการถอดรหส

(Transcriptional activator protein; TAP) และ ตวเพมประสทธภาพ (Enhancer) ซงเปนสวนของ ดเอนเอ

97 การควบคมการแสดงออกของยน

ทมสวนชวยใหการถอดรหสเกดขนได โดยในยสตจะเรยกสวนของ ดเอนเอนวา “Upstream activator

sequence (UAS)” เพอท าหนารวมกบโปรโมเตอรในการควบคมการสงเคราะห mRNA และม Mediator

ซงเปน Multisubunit complex ทเปนตวเชอมระหวาง Upstream regulatory sequences (Enhancer/UAS

หรอ Upstream repressor site/URS) กบ RNA polymerase II (รปท 5.11)

รปท 5.11 แสดง Upstream regulatory sequences และ Mediator ในการกระตน (Activation) หรอ ยบยง

(Repression) การถอดรหส โดยม HMG proteins ชวยท าใหเกดการโคงงอของดเอนเอ (DNA looping)

(ทมา: Nelson and Cox, 2013, p. 1178)

โปรตนกระตนกระบวนการถอดรหส (Transcriptional activators) สามารถจ าแนกเปนกลม

ตามคณสมบตและล าดบของกรดอะมโน ตรงสวนทใชจบกบดเอนเอเปน 4 กลม คอ (1) Helix-turn-

helix (2) Zinc finger (3) Leucine Zipper และ (4) Helix-loop-helix ซงโปรตนเหลานจะมกลไกการจบ

กบสายดเอนเอแบบจ าเพาะแตกตางกน การทโปรตนเหลานสามารถจบกบสวนของ ดเอนเอ ไดอยาง

จ าเพาะนนเชอวาสวนหนงเกดจากความแตกตางของลกษณะพนธะไฮโดรเจนทเกดขนระหวางกรดอะม

98 การควบคมการแสดงออกของยน

โนของโปรตนเหลานกบเบสใน Major groove ของสายดเอนเอ โดยกรดอะมโนทสามารถสรางพนธะ

ไฮโดรเจนกบเบส ไดแก Asparagine, Glutamine, Lysine และ Arginine

โปรโมเตอรของยนบางชนดในย แครโอตมมากกวา 1 ต าแหนงซงจะท างานในเวลาทแตกตาง

กน เชน ยนทสงเคราะหเอนไซม Alcohol dehydrogenase ของแมลงหว มโปรโมเตอร 2 ต าแหนงโดยใน

ระยะตวออนจะใช โปรโมเตอร หนงแตระยะตวเตมวยจะใชอกโปรโมเตอรหนง ซงการทมโปรโมเตอร

มากกวา 1 ต าแหนงนกเพอประโยชนในการแยกการควบคมการแสดงออกของยนในระยะตางๆ ของ

การเจรญเตบโตใหเปนอสระกน เพอตอบสนองตอตวกระตนทตางกน

โปรโมเตอรชนดตางๆ ทตอบสนองตอสงเราหรอตวควบคมเดยวกน เรยกวา “Response

elements” (ตารางท 5.2) เชน Heat shock elements จะตอบสนองตอความรอน และ Metal response

elements จะตอบสนองตอสารโลหะหนก ยนทควบคมโดย Response elements เดยวกนจะถกกระตน

ใหแสดงออกพรอมกนเพอตอบสนองตอการเปลยนแปลงทเกดขนไดอยางรวดเรว

ตารางท 5.2 Response elements ชนดตางๆ ทพบในโปรโมเตอรของยนในยแครโอต

ชอล าดบ

นวคลโอไทด

ลกษณะจ าเพาะของ

ล าดบนวคลโอไทด

โปรตนควบคมทจบกบ

ล าดบนวคลโอไทด

ค าอธบาย

HSE GNNGAANNTCCNNG Heat shock factor เกยวของกบ Heat-shock response

GRE TGGTATAAATGTTCT Glucocorticoid receptor เหนยวน าการตอบสนองตอ Glucocorticoids

TRE GAGGGACGTACCGCA Thyroid receptor เหนยวน าการตอบสนองตอ Thyroid

hormones

HSE=Heat-Shock element, GRE=Glucocorticoid response element, TRE=Thyroid response element

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1148)

5.2.2 การควบคมการแปลรหสในยแครโอต

การควบคมการแสดงออกของยนในระดบการแปลรหสเกดขนไดหลายขนตอนขนกบปจจยท

เกยวของในการแปลรหส อายเฉลย และความเสถยรของ mRNA

5.2.2.1 การควบคมการแปลรหสโดยการเตมหมฟอสเฟตใหกบปจจยเรมตนการแปล

รหส

ปจจยการแปลรหส ( Translational factors) หลายชนดถกควบคมการท าหนาทดวย

ปฏกรยาการเตมหมฟอสเฟต ( Phosphorylation) เชน การเตมหมฟอสเฟตใหกบ eIF2 ซงเปน G protein

ทเกยวของกบการจบของ Met-tRNA ทต าแหนง P site ของไรโบโซมในขนตอนเรมตนการแปลรหส จะ

ท าให eIF2 จบไดดกบ eIF2B (Guanine nucleotide exchange factor) ไดเปน eIF2B-eIF2-GDP

complex ท าใหการเรมตนการแปลรหสยตลง โดยโปรตนไคเนส ( Kinases) ทสามารถเตมหมฟอสเฟต

ใหกบ eIF2 ไดแก (1) Protein 2 (GCN2) ซงถกกระตนโดย Uncharged tRNA (2) dsRNA-activated

99 การควบคมการแสดงออกของยน

protein kinase ซงตอบสนองตอการตดเชอไวรส (3) Endoplasmic reticulum kinase ซงถกกระตนโดย

Unfolded proteins ใน ER และ (4) Heme-regulated inhibitor kinase (HRI) ซงถกกระตนภายใตสภาวะ

การขาด Heme ท าใหเซลล Reticulocyte ยตการสงเคราะห Hemoglobin เมอขาด Heme เปน Co-factor

(รปท 5.12)

รปท 5.12 การควบคมการแปลรหสโดยการเตมหมฟอสเฟตใหกบ eIF2 เมอระดบของ Heme ลดต าลงใน

Erythropoietic cells

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1266)

5.2.2.2 การควบคมการแปลรหสโดยควบคมความเสถยรของ mRNA

เซลลไขเมอยงไมไดรบการผสมพนธจะม mRNA อยเปนจ านวนมากซง RNA เหลานไมถก

น าไปใชในการสงเคราะหโปรตน แตหลงการผสมพนธจะมการสงเคราะหโปรตนมากมายจาก mRNA

เหลาน การท mRNA ไมถกน าไป ใชในการ สงเคราะหโปรตนกอนการผสมพนธนนเนองจาก mRNA

เหลานจบอยกบโปรตนบางชนดซงท าหนาทปกปด mRNA ไว และท าให mRNA เหลานมความเสถยร ไม

ถกท าลายไดงาย กลไกของกระบวนการเหลานยงไมทราบแนชด

อายเฉลยของ mRNA เปนปจจยหนงในการควบคมการแสดงออกของยน เชน โดยทวไป

mRNA ของยแครโอตมอายเฉลยประมาณ 3 ชวโมงแต mRNA ส าหรบสรางโปรตนเสนไหม (silk fibroin)

ของตวไหมจะมอายเฉลยนานหลายวนท าใหตวไหมใชเวลาในการสรางเสนไหมไดเรวขน ส าหรบในหญง

ทใหนมบตรจะมการสงเคราะหโปรตนเคซน (casein) เพมขน ซงในชวงนจะมฮอรโมน Prolactin ชวยให

mRNA ของเคซนมความเสถยรหรอมอายเฉลยมากขนเพอเพมการสงเคราะหเคซนซงเปนโปรตนหลก

ในน านม

100 การควบคมการแสดงออกของยน

5.2.2.3 การควบคมการแปลรหสดวย RNA interference (RNAi)

RNA interference เปนกระบวนการทเกยวของกบโมเลกล RNA ขนาดเลกประมาณ 21-24

นวคลโอไทด แบงออกไดเปน 2 กลม ไดแก (1) microRNA หรอ miRNA ท าหนาทเกยวของกบการ

ควบคมการแสดงออกของยน และ ( 2) Small interfering RNAs หรอ siRNAs ท าหนาทเกยวของกบ

กลไกการปองกนตวเองของเซลล (Cellular defense mechanism) ในบทนจะอธบายรายละเอยดเฉพาะ

การควบคมการแสดงออกของยนโดย miRNA

MicroRNAs (miRNAs)

เปนผลตภณฑควบคมการแสดงออกของยนแบบจ าเพาะ ซงหนงในสามของยนมนษย

ทงหมดมการควบคมการแสดงออกดวย miRNA โดยจ านวน miRNAs ในเซลลของสงมชวตใดๆ จะแปร

ผนตามความซบซอนของจโนมของสงมชวตนนๆ โดยมรายงานจ านวน miRNA มากถง 677 ชนดใน

เซลลมนษย 491 ชนดในเซลลหนเมาส และ 147 ชนดในเซลลแมลงหว โมเลกล miRNAs มาจากโมเลกล

อารเอนเอทมลกษณะ partially palindromic (รปท 5.13)

การสงเคราะห miRNA จะเหมอนการสงเคราะห mRNA ดวย RNA polymerase II ได

Primary transcript คอ pri-miRNA จากนน pri-miRNA จะเขาสกระบวนการ Processing ในนวเคลยส

โดยถกตดดวย enzyme complex ชอ Drosha ไดเปน pre-miRNA ซงม 3 overhang สนๆ (รปท 5.13)

จากนน pre-miRNA จะจบกบ Exportin complex ซงเปนตวพา pre-miRNA ออกจากนวเคลยสไปยงไซ

โทพลาซม เมออยในไซโทพลาซม pre-miRNA จะจบกบโมเลกลเชงซอน (Complex) ชอ Dicer โดยเมอ

Dicer ท างานรวมกบโปรตนชอ Argonaute (AGO) จะสามารถยอย 1 สายของ pre-miRNA (partial

duplex miRNA precursor) ไดเปน Single strand miRNA ทสมบรณ โดย Single strand miRNA นยงจบ

อยกบโปรตน Argonaute และเรยกโมเลกลเชงซอนนวา RISC (RNA-induced silencing complex)

RISC จะเขาจบโมเลกล mRNA ทเปนเปาหมายทบรเวณ 3 untranslated sequences

โดยอาศยการจบกนของเบสคสมระหวาง miRNA กบ mRNA เปาหมาย โดยถาเบสคสมจบกนได

ประมาณ 7 คเบส ถอวาเปนการจบอยางสมบรณ มผลท าให mRNA เปาหมายถกยอยท าลายอยาง

สมบรณ (ไมไดแสดงในรปท 5.13) จากนน RISC จะเปนอสระและสามารถไปจบ mRNA เปาหมาย

โมเลกลใหมตอไป

ในกรณท RISC จบกบ mRNA เปาหมายไดนอยกวา 7 คเบส ถอวาเปนการจบอยางไม

สมบรณ มผลท าให mRNA เปาหมายไมถกยอยท าลายดวย RISC แต mRNA เปาหมายกไมสามารถท า

หนาทเปนแมแบบในการแปลรหสไดตอไป เพราะ RISC สามารถยบยงการท าหนาทของ mRNA

เปาหมายดงกลาวดวยกลไกใดกลไกหนงดงตอไปน

101 การควบคมการแสดงออกของยน

(1) RISC สามารถยบยงการจบกบ mRNA ของปจจยเรมตนการแปลรหส (EIF4E) เรยก

กลไกนวา Initiation block

(2) RISC สามารถท าใหไรโบโซมทก าลงแปลรหสหยดเคลอนทกลางคน เรยกกลไกนวา

Elongation block

(3) RISC สามารถกระตนเอนไซม CCR4-NOT ใหยอยสลาย 3 poly A tail เรยกกลไกน

วา Deadenylation

รปท 5.13 การสงเคราะห miRNA และการยบยงการแปลรหสของ mRNA เปาหมายดวย miRNA

(ทมา: Mathews et al., 2013, p. 1268)

102 การควบคมการแสดงออกของยน

จากนน mRNA เปาหมายทท าหนาทไดไมสมบรณนจะถก RISC พาไปรวมอยในไซ

โทพลาซมตรงบรเวณทเรยกวา P-body ซงเปนบรเวณทไรโบโซมจะถกแยกออกไปจากสาย mRNA จง

ท าใหการแปลรหสยตลง ทงน P-body เปนบรเวณทมการท าลาย mRNA ไมวาจะเปน mRNA ทถกใช

งานในกระบวนการแปลรหสแลวหรอ mRNA ทถกน ามาดวย RISC กตาม นอกจากนพบวา mRNA

เปาหมายสามารถถกจบดวย miRNA 2 โมเลกลได โดยโมเลกลท 2 จะชวยเสรมโมเลกลท 1 ในการ

ยบยงการท าหนาทของ mRNA เพอไมให mRNA สามารถเปนแมแบบในการแปลรหสไดตอไป อยางไรก

ตามนอกจาก miRNA จะมบทบาทในการยบยงการแปลรหสแลว มรายงานวา miRNA บางชนดสามารถ

กระตนการแปลรหสไดในบางบรบทของเซลลบางชนดซงถอเปนการท าหนาทตรงขามกบ miRNA

โดยทวไป

5.2.2.4 การดดแปลงหลงการแปลรหส

ในยแครโอตมการสงเคราะหโปรตนสายยาวทเรยกวา Polyprotein เปนโปรตนเรมตน จากนน

จะมกระบวนการตดสาย Polyprotein ดงกลาวอยางจ าเพาะเพอใหไดโปรตนหลายๆ ชนด เชน ฮอรโมน

-Lipotropin และ Corticotropin หรอ Adrenocorticotropic hormone (ACTH) ตางกเปนผลตภณฑจาก

การตดสาย Polyprotein ทมชอวา Proopiocrotin

5.3 สรป

การควบคมการแสดงออกของยน สวนใหญจะเกดขนในระดบการถอดรหส ในแบคทเรย โปรตน

ควบคม (Repressor หรอ Activator) จะจบกบดเอนเอทบรเวณโปรโมเตอรและสงผลกระทบตอการจบ

ของเอนไซม RNA polymerase ทต าแหนงโปรโมเตอร ยนสวนใหญของโพรแครโอตจะมการแสดงออก

ในรปแบบ operons กลาวคอ โปรตนหลายชนดสามารถสงเคราะหไดจาก mRNA เดยวกนทอยในรป

ของ Polycistronic mRNA สวนการควบคมการแสดงออกของยนในยแครโอตจะเกดทระดบเรมตนการ

ถอดรหส (Transcription Initiation) เชนกน แตจะมความซบซอนกวาโพรแครโอตมาก ทงนอาจมโปรตน

มากถง 50 ชนด มาท างานรวมกนทต าแหนงโปรโมเตอรและ Enhancer เพอชวยใหเอนไซม RNA

polymerase II ท าการเรมตนกระบวนการถอดรหสของยนไดอยางมประสทธภาพ ซงโปรตนเหลาน

ไดแก (1) Sequence-specific activators ทสามารถจบกบดเอนเอทต าแหนง Enhancer (2) Mediator ท

เปนตวเชอมระหวาง Enhancer กบโมเลกลอนๆ ทเกยวของการการถอดรหสซงรวมถงเอนไซม RNA

polymerase II (3) Chromatin-remodeling complexes ทท าหนาทเตรยมต าแหนงเรมตนการถอดรหสให

พรอมส าหรบการเขาจบของ RNA polymerase และ (4) ปจจยการถอดรหสอนๆ ( Transcription factors)

นอกจากนกลไกการควบคมการแสดงออกของยนในยแครโอตดวย miRNAs ก าลงเปนทรจกมากขนและ

มบทบาทในการควบคมการแสดงออกของยนระดบการแปลรหส