ตัวเร่งปฏิกิริยาเงา (Shadow enhancers)คือกลุ่มของลำดับควบคุม DNA ที่ทำงานควบคู่ไปกับตัวเร่งปฏิกิริยา หลัก (Primary enhancers) เพื่อ ควบคุมการแสดงออกของยีนเดิมทีค้นพบใน แมลงหวี่ (Drosophila ) ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาได้รับการระบุในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด รวมถึงแมลงพืชและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม [ ^{1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ตัว}เร่งปฏิกิริยาเงาทำงานควบคู่ไปกับตัวเร่งปฏิกิริยาหลักเพื่อขับเคลื่อน รูปแบบการแสดงออก ของยีนที่ทับซ้อนกันซึ่งทำให้การแสดงออกของยีนมีเสถียรภาพต่อความผันผวนทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม^{[ 6 ] [ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาสามารถทำงานได้ในช่วงจีโนมที่กว้าง มีการอนุรักษ์ทางวิวัฒนาการสูง และมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลหลายชนิดเพื่อขับเคลื่อนรูปแบบการแสดงออกของยีน^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและการเกิดตัวอ่อนในระยะเริ่มต้นโดยการรักษาระดับการแสดงออกของยีนต่างๆ ให้คงที่^{[ 8 ] [ 6 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 2008 โดยMichael Levineและกลุ่มวิจัยของเขาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ [ ^{1 ] [ 7 ] การ}วิจัยของพวกเขาใน Drosophila ได้ตรวจสอบปัจจัยการถอดรหัส Dorsal และยีนเป้าหมายของมัน ผ่านการจำแนกลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้การทดสอบ ChIP-chipพวกเขาพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวดูเหมือนจะสร้างรูปแบบการแสดงออกของยีนที่ทับซ้อนกับรูปแบบที่สร้างโดยตัวเร่งปฏิกิริยาหลัก ในตอนแรก เชื่อกันว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเงาทำหน้าที่ซ้ำซ้อนกับการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาหลักเพื่อให้แน่ใจว่ามีการแสดงออกของยีนที่เหมาะสม แม้จะมีความแปรปรวนทางสิ่งแวดล้อมหรือทางพันธุกรรม^{[ 1 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาเป็นองค์ประกอบ DNA ควบคุมที่มีบทบาทสำคัญในการทำให้การแสดงออกของยีนมีเสถียรภาพและลดความแปรปรวน พวกมันทำงานควบคู่ไปกับตัวเร่งปฏิกิริยาหลักเพื่อให้แน่ใจว่ากิจกรรมการถอดรหัสมีความสม่ำเสมอ แม้ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ผันผวนหรือความผิดปกติทางพันธุกรรม^{[ 10 ] [ 11 ]}หนึ่งในหน้าที่หลักของพวกมันคือการจัดเตรียมกลไกสำรองสำหรับการควบคุมยีน หากตัวเร่งปฏิกิริยาหลักเกิดการกลายพันธุ์หรือเสียหาย ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาสามารถชดเชยและรักษารูปแบบการแสดงออกของยีนที่เหมาะสมได้^{[ 12 ]}ดังนั้น ยีนที่ถูกควบคุมโดยบริเวณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ซ้ำซ้อนเหล่านี้จึงมีความต้านทานต่อการกลายพันธุ์ภายในบริเวณที่ไม่ใช่รหัสมากกว่า^{[ 8 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงา เช่นเดียวกับตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ ไม่ได้โต้ตอบโดยตรงกับโปรโมเตอร์ของยีนเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีน แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาจะจับกับปัจจัยการถอดรหัสโดยตรง ซึ่งจากนั้นสามารถโต้ตอบกับโปรโมเตอร์ได้^{[ 7 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาที่แตกต่างกันสามารถโต้ตอบกับปัจจัยการถอดรหัสที่แตกต่างกันมากมายเพื่อโต้ตอบและส่งผลกระทบต่อโปรโมเตอร์ของยีนโดยอ้อม ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาเป็นส่วนหนึ่งของคอมเพล็กซ์ตัวเร่งปฏิกิริยาหลายตัว ดังนั้นพวกมันจึงสามารถแข่งขันกันเองเพื่อมีอิทธิพลต่อโปรโมเตอร์ตัวเดียว ในทางตรงกันข้าม ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาหลายตัวยังสามารถมีผลเสริมกันบนโปรโมเตอร์ตัวเดียว ดังนั้นจึงเพิ่มความเข้มข้นหรือกิจกรรมของมัน นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาเงายังสามารถทำงานกับโปรโมเตอร์ที่ไม่เชื่อมต่อกันหลายตัวเพื่อมีอิทธิพลต่อการพัฒนาในขั้นตอนต่างๆ^{[ 13 ]}

ลักษณะสำคัญของเอนแฮนเซอร์เงาคือการทำงานที่ซ้ำซ้อน ซึ่งเกิดจากความสามารถในการทำงานทับซ้อนกับเอนแฮนเซอร์หลักในการควบคุมการแสดงออกของยีน การทำงานที่ซ้ำซ้อนนี้ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของการควบคุมยีนโดยทำให้มั่นใจว่าเอนแฮนเซอร์หลายตัวมีส่วนร่วมในการแสดงออกของยีนเดียว หากยีนถูกควบคุมไม่เพียงแต่โดยเอนแฮนเซอร์หลักเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเอนแฮนเซอร์เงาตั้งแต่สองตัวขึ้นไป ยีนนั้นก็จะได้รับการป้องกันเพิ่มเติมจากการล้มเหลวขององค์ประกอบควบคุมเพียงอย่างเดียว ในทางตรงกันข้าม ยีนที่ถูกควบคุมโดยเอนแฮนเซอร์หลักเพียงอย่างเดียวจะขาดการทำงานที่ซ้ำซ้อนนี้ ทำให้มีความเสี่ยงต่อการหยุดชะงักของการควบคุมมากขึ้น^{[ 8 ]}เอนแฮนเซอร์เงาแสดงระดับการทำงานที่ซ้ำซ้อนที่แตกต่างกันไปตามบริบทและช่วงเวลาต่างๆ ฟังก์ชันที่ซ้ำซ้อนของเอนแฮนเซอร์เงาบางตัวอาจถูกจำกัดไว้ในกรอบเวลาสั้นๆ หรือเซลล์จำนวนน้อย ในขณะที่บางตัวอาจมีการทับซ้อนที่กว้างขวางกว่าและจึงทำงานซ้ำซ้อนมากกว่า^{[ 2 ]}

ในขณะที่หน้าที่หลักของตัวเร่งปฏิกิริยาเงาคือการขับเคลื่อนรูปแบบการแสดงออกของยีนที่ทับซ้อนกันเพื่อปรับแต่งรูปแบบการแสดงออกของยีน ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาบางตัวยังมีบทบาทสำคัญที่ไม่ซ้ำซ้อนอีกด้วย ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาอาจซ้ำซ้อนในระยะการพัฒนาหรือชนิดของเนื้อเยื่อหนึ่ง และไม่ซ้ำซ้อนในอีกระยะหนึ่ง ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันอาจมีหน้าที่สำคัญของตัวเอง^{[ 2 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาบางตัวซ้ำซ้อนภายใต้สภาวะปกติ แต่ไม่ซ้ำซ้อนภายใต้สภาวะสุดขั้ว ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของพวกมันในการรักษาเสถียรภาพการแสดงออกของยีนในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย^{[ 2 ] [ 10 ] [ 11 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาสามารถวางตำแหน่งได้ในระยะต่างๆ จากยีนเป้าหมาย โดยมักจะอยู่ไกลกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาหลัก^{[ 7 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาเป็นองค์ประกอบควบคุมแบบซิสแอคติ้งดังนั้นจึงตั้งอยู่บนโมเลกุล DNA เดียวกันกับยีนที่พวกมันควบคุม^{[ 9 ]}พวกมันอาจอยู่ในบริเวณอินทรอนิกส์หรือนอกเหนือจากยีนที่อยู่ติดกัน โดยมีอิทธิพลในการควบคุมครอบคลุมช่วงจีโนมที่กว้าง^{[ 7 ]}แม้ว่าทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาเงาและตัวเร่งปฏิกิริยาหลักจะช่วยในการแสดงออกของยีน แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามักจะทำงานจากตำแหน่งจีโนมที่อยู่ไกลออกไป^{[ 8 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาเป็นลำดับที่ได้รับการอนุรักษ์ ทางวิวัฒนาการ ซึ่งมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด รวมถึงทั้งสัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง^{[ 8 ]}พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเงาได้รับการอนุรักษ์มากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ซ้ำซ้อน ซึ่งบ่งชี้ว่าหน้าที่ของพวกมันมีความสำคัญไม่เพียงแต่ในการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตลอดช่วงเวลาวิวัฒนาการด้วย ยีนที่สำคัญในการพัฒนามีการควบคุมที่ซับซ้อนและได้รับการอนุรักษ์ไว้สูง ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมตัวเร่งปฏิกิริยาเงาที่ควบคุมยีนเหล่านี้จึงได้รับการอนุรักษ์ไว้สูง ความซ้ำซ้อนบางส่วนของตัวเร่งปฏิกิริยาเงายังอธิบายได้ว่าทำไมพวกมันจึงได้รับการรักษาไว้ตลอดช่วงเวลาวิวัฒนาการ เนื่องจากพวกมันทำหน้าที่สำคัญทั้งที่ซ้ำซ้อนและไม่ซ้ำซ้อนซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตอย่างเหมาะสม^{[ 2 ]}การอนุรักษ์ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาในกลุ่มอนุกรมวิธานต่างๆ แสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีความสำคัญต่อความอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตมากเพียงใด^{[ 8 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาต้องมีปฏิสัมพันธ์กับปัจจัยหลายอย่างเพื่อควบคุมและลดความแปรปรวนในการแสดงออกของยีน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 6 ] [ 7 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีไซต์การจับแบบกลุ่ม และการจับของปัจจัยการถอดรหัสกับไซต์เหล่านี้สามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการแสดงออกของยีนได้^{[ 7 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีสัดส่วนของไซต์การทำงานที่สูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ซ้ำซ้อน ซึ่งบ่งชี้ว่าเกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีนที่ ซับซ้อน ^{[ 2 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีบทบาทสำคัญในการเกิดตัวอ่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกำหนดรูปแบบของร่างกาย^{[ 14 ] [ 15 ]}ด้วยการปรับความแรงของการกระตุ้นการถอดรหัส จังหวะเวลา และตำแหน่ง พวกมันจึงมั่นใจได้ว่ามีการควบคุมการแสดงออกของยีนอย่างแม่นยำในระหว่างการพัฒนา^{[ 14 ]}ความสามารถในการปรับระดับการแสดงออกของยีนอย่างละเอียดช่วยรักษาเสถียรภาพ ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถเติบโตและพัฒนาได้อย่างเหมาะสมแม้จะมีภาวะเครียดจากสิ่งแวดล้อม^{[ 16 ] [ 6 ] [ 12 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาสามารถชดเชยการกลายพันธุ์ในตัวเร่งปฏิกิริยาหลัก ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ต่อความผันผวนทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม^{[ 8 ] [ 11 ] [ 12 ]}ความสามารถในการบัฟเฟอร์นี้ทำให้มั่นใจได้ถึงรูปแบบการแสดงออกของยีนที่สม่ำเสมอและแม่นยำ ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาของร่างกายที่เหมาะสมและเสถียรภาพการพัฒนาโดยรวม^{[ 8 ] [ 6 ]}การกลายพันธุ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาเงาทำให้เกิดผลกระทบต่อความเหมาะสมมากกว่าการกลายพันธุ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ซ้ำซ้อน ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของพวกมันในการพัฒนาที่เหมาะสมและดังนั้นจึงส่งผลต่อความอยู่รอดของสิ่งมีชีวิต^{[ 2 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีความสำคัญในการควบคุมยีนหลายตัวที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและได้รับการศึกษาลักษณะเฉพาะอย่างดีในDrosophila ^{[ 16 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 15 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีความสำคัญในการควบคุมยีนคู่แฝดของยีนตาไร้ตา ( toy) ในแมลงหวี่ ยีน toy มีความสำคัญต่อการพัฒนาตา ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาเงาเหล่านี้จึงทำงานร่วมกันเพื่อขับเคลื่อน การแสดงออก ของยีน toy ในช่วงต้นของการเกิดตัวอ่อน รูปแบบการแสดงออกที่ทับซ้อนกันแต่แตกต่างกันทำให้มั่นใจได้ว่าการแสดงออก ของยีน toyจะสม่ำเสมอในช่วงกระบวนการพัฒนาที่สำคัญ^{[ 11 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีบทบาทสำคัญในการควบคุมยีนหอยทาก ในระหว่าง การเกิดตัวอ่อน ของ แมลงหวี่ ยีน หอยทากเข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัสที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนผ่านจากเยื่อบุผิวเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันในกระบวนการพัฒนาหลายอย่าง ตัวเร่งปฏิกิริยาเงารักษาการ แสดงออกของ ยีนหอยทากภายใต้การรบกวนทางสิ่งแวดล้อมและทางพันธุกรรมเพื่อให้แน่ใจว่าการเกิดแกสตรูเลชันเป็น ไปอย่างเหมาะสม ^{[ 12 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีความสำคัญในการควบคุม ยีน Krüppel ( Kr ) ในแมลงหวี่ ยีน Krüppel มีส่วนเกี่ยวข้องกับการแบ่งส่วนในระยะเริ่มต้นและสร้างรูปแบบที่แม่นยำตามแกนหน้า-หลังของ ตัวอ่อน แมลงหวี่ ตัวเร่งปฏิกิริยา เงามีความสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการแสดงออกของ Kr ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าการแสดงออกของ Krüppelเป็นไปอย่างแม่นยำทั้งในเชิงพื้นที่และเวลา ตัวเร่งปฏิกิริยาเงามีความสำคัญในการปรับแต่งรูปแบบการแสดงออกของยีนอย่างละเอียดในช่วงระยะการพัฒนาที่สำคัญ^{[ 15 ] [ 16 ]}

มีการระบุตัวเร่งปฏิกิริยาเงา 2 ตัวที่เกี่ยวข้องกับการควบคุม ยีน โซนิคเฮดจ์ฮ็อก (SHH)ในหนู^{[ 1 ]}ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง SHH มีความสำคัญในการสร้างเส้นกลางด้านล่างของระบบประสาทส่วนกลางหากไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเงาเพื่อให้แน่ใจว่าการแสดงออกของ Shh เป็นไปอย่างเหมาะสม สมองอาจผิดรูปได้ ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาเงาจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับประกันการพัฒนาที่เหมาะสมและทำให้การแสดงออกของยีนที่สำคัญในการพัฒนา เช่น SHH มีเสถียรภาพ^{[ 17 ]}