Page 1
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)
Page 2
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
Page 3
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
Page 4
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
Page 5
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
Page 6
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
Page 7
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
Page 8
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
Page 9
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
Page 10
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)
Page 11
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
Page 12
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
Page 13
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
Page 14
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
Page 15
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
Page 16
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
Page 17
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
Page 18
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
Page 19
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
Page 20
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)
Page 21
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