معلومة

ما هو النموذج ثنائي البداية أو النموذج المتعرج لألياف الكروماتين 30 نانومتر؟

ما هو النموذج ثنائي البداية أو النموذج المتعرج لألياف الكروماتين 30 نانومتر؟


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.

قرأت بعض صفحات الويب التي تصف نموذج البادئين ولكن لم أتمكن من الحصول عليه. سأكون مضطرًا إذا ساعدني أحدهم في فهم الموضوع. المواقع التي مررت بها هي:

1. http://www.nature.com/nrm/journal/v13/n7/fig_tab/nrm3382_F4.html

2. http://www.mechanobio.info/topics/synthesis/go-0006323

3. http://www.fastbleep.com/biology-notes/41/118/1272


من MB Info Wiki قمت بالربط:

في نموذج الملف اللولبي ذي البداية الواحدة ، يربط الحمض النووي للرابط المثني بالتسلسل كل نوى من النواة النووية ، مما يخلق بنية حيث تتبع النيوكليوسومات بعضها البعض على طول المسار الحلزوني نفسه [4 ، 7]. بدلاً من ذلك ، في النموذج المتعرج ذي البادتين ، يربط الحمض النووي الرابط المستقيم نواة نيوكليوزوم متعارضة ، مما يخلق صفوفًا متقابلة من النوكليوسومات التي تشكل ما يسمى بـ "البداية المزدوجة"؟ حلزون.

هذا يعني أنه في نموذج البداية الواحدة ، يتم توصيل كل نوكليوسوم بالنموذج المجاور له ، وهذه دورة مستمرة. بمعنى أنه يشبه إلى حد كبير وتر هاتف.

بدلاً من ذلك ، يقترح نموذج Zig-Zag أن كل نوكليوسوم متصل بالجسيم النووي تقريبًا ضد إليه (متوازي) ، وهو نمط مستمر عبر ألياف الكروماتين. هذا أكثر تعقيدًا لفهمه ولكن تخيل أنه يشبه إلى حد كبير جلد الحذاء ، فهو ينتقل من ثقب في جانب إلى ثقب في الجانب الآخر موازٍ له ولكن ليس في نفس المستوى مثل نفسه.

للانتقال إلى النوكليوسوم الثالث (وحزمه بإحكام قدر الإمكان) بدلاً من أن يكون أسفل الأول مباشرة ، يكون بعيدًا قليلاً عن الجانب وليس موازيًا تمامًا للنيوكليوسوم الثاني.

ومع ذلك ، فإن النواة الرابعة ستكون موازية تمامًا للثالث ، وبالتالي فإن نفس القدر من الدرجات البعيدة عن المركز من النواة الثانية مثل النوكليوسوم الثالث هو الأول ، مع الحفاظ على النمط.

يشكل هذا هيكلًا أنبوبيًا ثلاثي الأبعاد أكثر من رباط الحذاء الفعلي على الحذاء (والذي يكون مسطحًا مثل الطائرة ولكنه يعمل كمؤشر بصري).

سيكون تمثيل هذا ثنائي الأبعاد خطوة بخطوة مثل الصورة أدناه:

فيما يلي نموذج للشكل النهائي الذي قمت بعمله للمساعدة في شرح هذا:

في شكل MBI ، يتم توصيل كل نواة "خضراء" بنواة "أرجوانية" معاكسة طفيفة ، وهذا اللون الأرجواني متصل بجسم أخضر آخر بعيد قليلاً عن المركز إلى النواة الخضراء الأولى:

في النظرية (لست متأكدًا مما إذا كان صحيحًا): قد يعني هذا أنه عندما "تنفصل" هذه الألياف فإنها ستعمل بشكل أقل مثل زنبرك قادم (حيث سيبدأ الهيكل بأكمله في الانهيار بسبب كيفية ارتباطه) وبدلاً من ذلك يتم سحب كل نواة متسلسلة بعيدًا عن الألياف بعد تلك المتصلة بها لقد انتقلت وتعرضت لتوتر كامل.

بالنسبة للنموذج المتعرج ، تخيل أنك تأخذ قطعة من الورق وتطويها عدة مرات كما لو كانت أكورديون. ثم امسك الورقة مطوية بيد واحدة. خذ يدك المعاكسة واسحب الورقة من أحد طرفيها وقم بفتحها ببطء. ستلاحظ أن كل طية تخرج بالتتابع بينما تبقى بقية الهيكل سليمة حتى الطية قبل أن تتسطح بحيث يمكن للشد سحبها. على الأقل هذا ما سيحدث في ذهني. يمكن أن أكون خارج القاعدة تمامًا.


الكروماتين كألياف ديناميكية 10 نانومتر

منذ أن وصف فليمنج مادة نووية في القرن التاسع عشر وأطلق عليها اسم "الكروماتين" ، فقد فتنت هذه المادة علماء الأحياء. ما هو هيكل الكروماتين؟ يتم لف الحمض النووي حول الهستونات الأساسية ، مكونًا الألياف النووية (ألياف 10 نانومتر). يُفترض منذ فترة طويلة أن هذه الألياف تطوى إلى ألياف كروماتين بحجم 30 نانومتر ، ثم تتحول بعد ذلك إلى ألياف أكبر مطوية حلزونيًا أو حلقات نصف قطرية. ومع ذلك ، فقد أظهرت العديد من الدراسات الحديثة ، بما في ذلك تحليلاتنا الخاصة بالتشتت بالأشعة السينية و cryo-EM ، أن الكروماتين يتكون من ألياف 10 نانومتر مطوية بشكل غير منتظم ، بدون ألياف كروماتين 30 نانومتر ، في الكروماتين البيني والكروموسومات الانقسامية. يشير هذا الطي غير المنتظم إلى حالة كروماتين أقل تقييدًا ماديًا ، والتي يمكن أن تكون أكثر ديناميكية مقارنة بهياكل الطي الحلزونية العادية التقليدية. تمشيا مع هذا ، في الآونة الأخيرة ، اكتشفنا عن طريق تصوير نواة واحدة تقلبات نواة كبيرة في خلايا الثدييات الحية (∼50 نانومتر / 30 مللي ثانية). اقترحت النمذجة الحسابية اللاحقة أن تذبذب النيوكليوسوم يزيد من إمكانية الوصول إلى الكروماتين ، وهو أمر مفيد للعديد من العمليات البيولوجية "للبحث المستهدف" مثل تنظيم النسخ. لذلك ، تقدم هذه المراجعة وجهة نظر جديدة حول بنية الكروماتين التي يتكون فيها الكروماتين من ألياف 10 نانومتر ديناميكية ومضطربة.


هيكل الكروماتين

يعتمد التركيب المحلي للكروماتين أثناء الطور البيني على الجينات الموجودة في الحمض النووي: جينات ترميز الحمض النووي التي يتم نسخها بنشاط (& # 8220 تم تشغيلها & # 8221) يتم تعبئتها بشكل غير محكم ويتم العثور عليها مرتبطة بـ RNA polymerases (يشار إليها باسم euchromatin) بينما الحمض النووي تم العثور على ترميز الجينات غير النشطة (& # 8220turned off & # 8221) مرتبطة بالبروتينات الهيكلية وهي معبأة بشكل أكثر إحكامًا (الهيتروكروماتين).

التعديل الكيميائي اللاجيني للبروتينات الهيكلية في الكروماتين يغير أيضًا بنية الكروماتين المحلية ، على وجه الخصوص ، التعديلات الكيميائية لبروتينات هيستون عن طريق المثيلة والأستلة. عندما تستعد الخلية للانقسام ، أي تدخل الانقسام أو الانقسام الاختزالي ، حزم الكروماتين بشكل أكثر إحكامًا لتسهيل الفصل بين الكروموسومات أثناء الطور.

خلال هذه المرحلة من دورة الخلية ، يجعل هذا الكروموسومات الفردية في العديد من الخلايا مرئية بواسطة المجهر الضوئي.

بشكل عام ، هناك ثلاثة مستويات من تنظيم الكروماتين:

ومع ذلك ، هناك العديد من الخلايا التي لا تتبع هذه المنظمة. على سبيل المثال ، تحتوي الحيوانات المنوية وخلايا الدم الحمراء للطيور على كروماتين معبأ بإحكام أكثر من معظم الخلايا حقيقية النواة ولا تكثف البروتوزوا المثقبيات كروماتينها في الكروموسومات المرئية للانقسام.

أثناء الطور البيني

تم تحسين بنية الكروماتين خلال المرحلة البينية للسماح بوصول سهل لعوامل النسخ وإصلاح الحمض النووي إلى الحمض النووي أثناء ضغط الحمض النووي في النواة. يختلف الهيكل باختلاف الوصول المطلوب إلى الحمض النووي. تتطلب الجينات التي تتطلب وصولًا منتظمًا بواسطة بوليميراز RNA بنية أكثر مرونة يوفرها euchromatin.

التغيير في الهيكل

يخضع الكروماتين لأشكال مختلفة من التغيير في هيكله. يتم تعديل بروتينات هيستون ، وهي اللبنات الأساسية للكروماتين ، عن طريق تعديل ما بعد متعدِّد لتعديل حزم الحمض النووي. ينتج عن الأسيتيل تفكك الكروماتين ويفسح المجال للتكرار والنسخ.

عندما تتم ميثلة بعض المخلفات ، فإنها تحافظ على الحمض النووي معًا بقوة وتحد من الوصول إلى الإنزيمات المختلفة. أظهرت دراسة حديثة أن هناك بنية ثنائية التكافؤ موجودة في الكروماتين: بقايا ليسين ميثيل في الموقعين 4 و 27 في هيستون 3.

يُعتقد أن هذا قد يكون متورطًا في التطور ، فهناك المزيد من مثيلة اللايسين 27 في الخلايا الجنينية مقارنة بالخلايا المتمايزة ، في حين أن مثيلة ليسين 4 تنظم النسخ بشكل إيجابي عن طريق تجنيد إنزيمات إعادة تشكيل الجسيمات النووية وأسيتيل هيستون.

تلعب بروتينات مجموعة Polycomb دورًا في تنظيم الجينات من خلال تعديل بنية الكروماتين.

هيكل الحمض النووي

الغالبية العظمى من الحمض النووي داخل الخلية هي بنية الحمض النووي الطبيعية. ومع ذلك ، يمكن أن يشكل الحمض النووي في الطبيعة ثلاثة تراكيب ، A- و B- و Z-DNA. الكروموسومات A و B متشابهة جدًا ، وتشكل الحلزونات اليمنى ، في حين أن Z-DNA هو حلزون أعسر أكثر غرابة مع عمود فقري متعرج من الفوسفات. يُعتقد أن Z-DNA يلعب دورًا محددًا في بنية الكروماتين والنسخ بسبب خصائص التقاطع بين B- و Z-DNA.

عند تقاطع B- و Z-DNA ، ينقلب زوج واحد من القواعد عن الترابط الطبيعي. تلعب هذه دورًا مزدوجًا في موقع التعرف على العديد من البروتينات وكمغسلة للضغط الالتوائي من بوليميريز RNA أو الارتباط النووي.

النواة و & # 8220beads-on-a-string & # 8221

عنصر التكرار الأساسي للكروماتين هو النوكليوسوم ، المترابط بأقسام من DNA الرابط ، وهو ترتيب أقصر بكثير من الحمض النووي النقي في المحلول. بالإضافة إلى الهستونات الأساسية ، هناك هيستون الرابط ، H1 ، الذي يتصل بمخرج / دخول خيط الحمض النووي على الجسيم النووي. يُعرف الجسيم الأساسي للنيوكليوسوم ، جنبًا إلى جنب مع هيستون H1 ، بالكروماتوسوم. النيوكليوسومات ، التي تحتوي على حوالي 20 إلى 60 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي الرابط ، يمكن أن تشكل ، في ظل ظروف غير فسيولوجية ، ما يقرب من 10 نانومتر و # 8220 خيوط على سلسلة & # 8221 من الألياف.

ترتبط النيوكليوسومات بالحمض النووي بشكل غير محدد ، كما هو مطلوب من خلال وظيفتها في تغليف الحمض النووي العام. ومع ذلك ، هناك تفضيلات كبيرة لتسلسل الحمض النووي تتحكم في موضع الجسيم النووي. هذا يرجع في المقام الأول إلى الخصائص الفيزيائية المتغيرة لتسلسلات الحمض النووي المختلفة: على سبيل المثال ، يتم ضغط الأدينوزين والثايمين بشكل أفضل في الأخاديد الصغيرة الداخلية. هذا يعني أن النيوكليوسومات يمكنها الارتباط بشكل تفضيلي في موضع واحد تقريبًا كل 10 أزواج قاعدية (التكرار الحلزوني للحمض النووي) - حيث يتم تدوير الحمض النووي لزيادة عدد القواعد A و T التي ستقع في الأخدود الداخلي الصغير.

ألياف 30 نانومتر

مع إضافة H1 ، يتحول الهيكل & # 8220beads-on-a-string & # 8221 بدوره إلى هيكل حلزوني قطره 30 نانومتر يُعرف باسم الألياف أو الشعيرة 30 نانومتر. البنية الدقيقة لألياف الكروماتين في الخلية غير معروفة بالتفصيل ، ولا يزال هناك بعض الجدل حول هذا الأمر.

يُعتقد أن هذا المستوى من بنية الكروماتين هو شكل كروماتين حقيقي ، والذي يحتوي على جينات مكتوبة بنشاط. أظهرت دراسات EM أن الألياف 30 نانومتر ديناميكية للغاية بحيث تتكشف في بنية ألياف 10 نانومتر (& # 8220beads-on-a-string & # 8221) عندما يتم عرضها بواسطة بوليميريز RNA المنخرط في النسخ.

تقبل النماذج الحالية بشكل عام أن النيوكليوسومات تقع عموديًا على محور الألياف ، مع ترتيب هيستونات الرابط داخليًا. تعتمد الألياف المستقرة 30 نانومتر على الوضع المنتظم للنيوكليوسومات جنبًا إلى جنب مع الحمض النووي.

الرابط DNA مقاوم نسبيًا للانحناء والدوران. هذا يجعل طول الحمض النووي الرابط مهمًا لاستقرار الألياف ، مما يتطلب فصل النيوكليوسومات بأطوال تسمح بالدوران والطي في الاتجاه المطلوب دون إجهاد مفرط للحمض النووي.

في هذا الرأي ، يجب أن تنتج أطوال مختلفة من DNA الرابط طبولوجيا مختلفة قابلة للطي من ألياف الكروماتين. يدعم هذا الرأي العمل النظري الحديث ، المستند إلى صور المجهر الإلكتروني للألياف المعاد تكوينها.

التنظيم المكاني للكروماتين في نواة الخلية

تخطيط الجينوم داخل النواة ليس عشوائيًا ، وتميل مناطق معينة من الجينوم إلى التواجد في مساحات معينة. يتم تخصيب مناطق معينة من الكروماتين عند الغشاء النووي ، بينما ترتبط مناطق أخرى معًا بواسطة مجمعات بروتينية.

ومع ذلك ، فإن تصميم هذا ليس مميزًا بشكل جيد بصرف النظر عن ضغط أحد الكروموسومات X في إناث الثدييات في جسم Barr.

يخدم هذا دور تعطيل هذه الجينات بشكل دائم ، مما يمنع الإناث من الحصول على & # 8216 جرعة مزدوجة & # 8217 بالنسبة للذكور. إن المدى الذي يتم فيه ضغط X غير النشط في الواقع أمر مثير للجدل.

انفجارات النسخ

قد تساهم التقلبات بين الكروماتين المفتوح والمغلق في توقف النسخ أو الانفجار النسخي. من المحتمل أن تكون هناك عوامل أخرى متضمنة ، مثل ارتباط معقدات عامل النسخ بالكروماتين وتفككها.

يمكن لهذه الظاهرة ، على عكس النماذج الاحتمالية البسيطة للنسخ ، أن تفسر التباين العالي في التعبير الجيني الذي يحدث بين الخلايا في المجموعات المتجانسة.

كروماتين الطور

يختلف هيكل الطور الطوري للكروماتين اختلافًا كبيرًا عن هيكل الطور البيني. تم تحسينه من أجل القوة البدنية والقدرة على الإدارة ، لتشكيل بنية الكروموسوم الكلاسيكية التي تظهر في الأنماط النووية.

يُعتقد أن بنية الكروموسوم المكثف عبارة عن حلقات من ألياف 30 نانومتر إلى سقالة مركزية من البروتينات. ومع ذلك ، فإنه لا يتميز بشكل جيد.

تعتبر القوة الجسدية للكروماتين أمرًا حيويًا لهذه المرحلة من الانقسام لمنع تلف القص للحمض النووي حيث يتم فصل الكروموسومات الابنة. لتعظيم القوة ، يتغير تكوين الكروماتين مع اقترابه من السنترومير ، بشكل أساسي من خلال نظائر هيستون H1 البديلة.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه أثناء الانقسام الفتيلي ، بينما يتم ضغط معظم الكروماتين بإحكام ، توجد مناطق صغيرة غير مضغوطة بإحكام. غالبًا ما تتوافق هذه المناطق مع المناطق المحفزة للجينات التي كانت نشطة في هذا النوع من الخلايا قبل الدخول في الانقسام الكروي.

يُطلق على نقص الضغط في هذه المناطق إشارة مرجعية ، وهي آلية جينية يعتقد أنها مهمة لنقل & # 8220 ذاكرة & # 8221 إلى الخلايا الوليدة التي كانت الجينات نشطة قبل الدخول في الانقسام الفتيلي. هذه الآلية المرجعية ضرورية للمساعدة في نقل هذه الذاكرة لأن النسخ يتوقف أثناء الانقسام الفتيلي.


شكر وتقدير

يعرب المؤلفون عن امتنانهم لكلية Bowdoin ومركز أبحاث السرطان الألماني (Heidelberg) لتوفير بيئات فكرية وعلمية محفزة. قدم كل من H. Herrmann و P. Lichter ، مضيفينا الكرماء في مركز أبحاث السرطان الألماني ، تعليقات مفيدة على المخطوطة. قدم العديد من الحكام المجهولين مساهمات كبيرة في تحسين هذا المقال. يخصص المؤلفون هذه المراجعة لذكرى H.G Davis (سابقًا في قسم الفيزياء الحيوية ، King's College ، لندن) ، وهو متخصص في الميكروسكوب الممتاز وصديقنا العزيز.


Epichromatin والكروميرات: منظور a & # x2018fuzzy & # x2019

تم اكتشاف "Epichromatin" ، سطح الكروماتين تحت الغلاف النووي الطور البيني (NE) أو على سطح الكروموسومات الانقسامية ، عن طريق التلوين المناعي مع ثنائي التكافؤ الأجسام المضادة أحادية النسيلة للفأر المضاد للنيوكليوسوم (mAb PL2-6). تمت ملاحظة "الكروموميرات" ، جزيئات الكروماتين النقطية التي يبلغ قطرها حوالي 200-300 نانومتر ، والتي تم تحديدها في جميع أنحاء الكروماتين الطور البيني وعلى طول الكروموسومات الانقسامية ، عن طريق التلقيح المناعي باستخدام أحادي التكافؤ شظايا Fab المشتقة من غراء من PL2-6 ثنائي التكافؤ. يبدو أن الهدف المحدد لـ PL2-6 يشمل الرقعة الحمضية للنيوكليوسوم. وهكذا ، داخل مناطق epichromatin والكرومومير ، فإن هذا الحاتمة "مكشوف". بالنظر إلى أن الهيستونات تمتلك "ذيول" غير منظمة (أي مناطق الببتيد المضطربة جوهريًا ، IDPR) ، يصبح إدراكنا لمناطق الكروماتين هذه أكثر "ضبابية" (أقل تحديدًا). نقترح أن ذيول epichromatin الموجبة تسهل التفاعلات مع المكونات الأنيونية لأغشية NE. نقترح أيضًا أن ذيول هيستون غير المهيكلة (خاصة ، ذيول هيستون H1) ، بربطها المختلط المفترض ، تؤسس ارتباطًا متعدد التكافؤ يعمل على استقرار كل كرومومير كوحدة من بنية الكروماتين ذات الترتيب الأعلى. نقترح فرضية "الاستقرار غير المنظم" ، والتي تفترض أن استقرار epichromatin والكروموميرات (بالإضافة إلى هياكل الكروماتين النووية الأخرى) هو نتيجة جماعي مساهمات العديد من تفاعلات ربط IDPR ضعيفة هيستون الناشئة عن النيوكليوسوم متعدد التكافؤ ، وهو مماثل لنشاط الجسم المضاد.

1. الخلفية والبيانات الحديثة

على الرغم من اكتشاف النوكليوسوم منذ أكثر من 40 عامًا [1] ، إلا أن المستوى التالي من التنظيم ، وهو بنية الكروماتين ذات الترتيب الأعلى ، لا يزال مثيرًا للجدل. نعتقد أن هذا يرجع إلى البحث عن منظمة صارمة في هيكل نووي ديناميكي وسلس للغاية. ستركز هذه المراجعة على بنية الكروماتين في الغلاف النووي (NE) ، على سطح الكروموسومات الانقسامية ، وإلى حد ما ، الكروماتين داخل النوى والكروموسومات الانقسامية. تمت مناقشة كروماتين الطور البيني NE ، وارتباطه ببروتينات الغشاء النووي الداخلي ، وبنية الكروموسوم الانقسامي وإعادة تشكيل NE بعد الانقسام الخيطي في العديد من المقالات الحديثة الممتازة [2-11]. ستناقش هذه المراجعة الموجزة المخصصة بشكل أساسي الاكتشافات الحديثة من مختبرنا وآثارها المحتملة على المشكلة الأكبر في بنية ترتيب الكروماتين الأعلى.

تعد الأجسام المضادة ضد المكونات والتراكيب النووية سمة مشتركة للعديد من أمراض المناعة الذاتية ، حيث تنتج كواشف مهمة في دراسة نوى الطور البيني والكروموسومات الانقسامية [12 ، 13]. في الواقع ، تم اكتشاف أداة الجسم المضاد الرئيسية (mAb PL2-6) لمختبرنا خلال السنوات القليلة الماضية في مختبر مارك مونيستير ، خلال تحليل المناعة الذاتية للفئران [14]. تم تطوير PL2-6 إلى ورم هجين مع الأجسام المضادة الأخرى المضادة للهيستون. عندما تم فحص العديد من هذه الأجسام المضادة في مختبرنا ، لاحظنا أن PL2-6 أنتج نمطًا مناعيًا مشابهًا بشكل ملحوظ على خلايا من مجموعة متنوعة من الأنواع المختلفة (الإنسان ، الفأر ، ذبابة الفاكهة, أنواع معينة انيقة والتبغ) [15،16]: أظهرت نوى الطور البيني تلطيخًا قويًا تحت NE ، والتي تدل على الكروموسومات الانقسامية "epichromatin" كثيرًا ما تظهر تلطيخًا أقوى عند الحواف الخارجية لأسطح الكروموسوم (الشكلان 1 و 2). لوحظ التلطيخ المحيطي الشديد لنواة الطور البيني باستخدام الفحص المجهري الإلكتروني للمقطع الرقيق لخلايا HL-60 / S4 الطورية البينية المعالجة بصبغة الأوزميوم الأميني B (OAB) الخاصة بالحمض النووي [17-19] ويظهر مثال في الشكل 3. هذا تشير صورة OAB الملطخة إلى أن الحمض النووي قد يكون معبأ بشكل أكثر كثافة أسفل NE مباشرة. في الآونة الأخيرة ، أظهرنا أن تعريض خلايا أنسجة الثدييات البينية لظروف مفرطة التناضح (أي 320 ملي سكروز في وسط الثقافة) أدى إلى تقلص الكروماتين الطور البيني بعيدًا عن NE ، مما يكشف بوضوح أن حاتمة epichromatin منفصلة عن صفيحة NE ( الشكل 4).

الشكل 1. المناعية للحاتمة epichromatin طوال دورة الخلية في U2OS (أ) و HL-60 / S4 (ب) الخلايا باستخدام mAb PL2-6 (أحمر) وصمة عار DNA (DAPI ، أزرق). لاحظ أن تلطيخ epichromatin يستمر على الحواف الخارجية للكروموسومات الانقسامية ، حتى بعد انهيار NE. شريط التكبير لـ (أ) و (ب) يساوي 10 ميكرومتر. سبق نشر هذه الصورة [15].

الشكل 2. المناعية من حاتمة epichromatin في الطور البيني والانقسامية ذبابة الفاكهة تستخدم خلايا Kc نوعين مختلفين من mAbs التي تلطخ إيبيكروماتين (PL2-6 و 1H6 ، أحمر) ، أرنب متعدد الأضلاع مضاد لـ H3S10p (أخضر) و DNA (DAPI ، أزرق). لاحظ تلطيخ epichromatin المماثل كما هو موضح لخلايا U2OS البشرية و HL-60 / S4 (الشكل 1). شريط التكبير يساوي 10 ميكرومتر. سبق نشر هذه الصورة [16].

الشكل 3. تلطيخ خاص بالحمض النووي (OAB) لخلية من الطور البيني HL-60 / S4 تم تصويرها بواسطة الفحص المجهري الإلكتروني ذي المقطع الرفيع.يُظهر OAB منطقة تلطيخ شديد في محيط نواة الطور البيني ، مما يشير إلى تركيز أعلى من الحمض النووي المرتب في منطقة epichromatin. شريط التكبير يساوي 0.2 ميكرومتر.

الشكل 4. التحصين المناعي لل epitromatin epitope في خلايا U2OS الطورية البينية المعرضة لظروف مفرطة التناضح (320 ملي سكروز) ، مقارنة بالظروف التناضحية المتساوية (0 ملي سكروز) ، باستخدام اثنين من mAbs المختلفة التي تلطخ epichromatin (PL2-6 و 1H6 ، أحمر) ، وهما جسمان مضادان للأرانب يلطخان بروتينات NE (إيمرين ولامين A ، أخضر) وصمة عار الحمض النووي (DAPI ، أزرق). تشير الأسهم إلى فجوة بين NE (lamina) و epichromatin ، لوحظت في 320 ملي سكروز. شريط التكبير يساوي 10 ميكرومتر. سبق نشر هذه الصورة [16].

PL2-6 هو جسم مضاد IgG2b للفأر ثنائي التكافؤ. من أجل فحص أهمية ثنائية التكافؤ للأجسام المضادة للتلوين النووي الملحوظ للكروماتين المحيطي ، أنشأنا شكلًا أحادي التكافؤ من PL2-6 ، باستخدام هضم غراء [20]. لدهشتنا ، أنتجت شظايا Fab أحادية التكافؤ نمطًا مثقوبًا للتثبيت المناعي في جميع نوى الطور البيني وعلى طول أذرع الكروموسوم الانقسامي (الشكل 5). يبلغ قطر هذه الهياكل النقطية (المثبتة بالفورمالديهايد) ما يقرب من 200-300 نانومتر وسميت بـ "الكروموميرات" [20] ، مع مراعاة الملاحظات الرائدة لحبيبات الكروموسوم الانقسامية التي لوحظت في نهاية القرن التاسع عشر [21-23] (الشكل 6). في مناظر مجهرية مواتية ، يبدو أن الصبغيات تشع من منطقة مركزية في أذرع الكروموسوم (الشكل 7). أثناء الاكتشاف الأولي لـ mAb PL2-6 [14] ، أوضح المؤلفون أن الهيستونات H2A و H2B تشتمل على موقع الحاتمة. بمقارنة تسلسل الببتيد لـ PL2-6 (المنطقة المتغيرة ثقيلة السلسلة 3 ، hv3) مع تلك الخاصة ببروتينات الارتباط الحمضية المعروفة (LANA و CENP-C) ، توقعنا أن التصحيح الحمضي (`` مكشوف '' إن تجاور الأحماض الأمينية الحمضية في الهيستونات H2A و H2B) يشمل الحاتمة (الشكل 8) [20].

الشكل 5. أنماط المناعية لشظايا PL2-6 ثنائية التكافؤ و Fab أحادية التكافؤ ، مشتقة من PL2-6. (أ) نواة طور HL-60 / S4 غير متمايزة ملطخة بـ PL2-6 (أخضر) ومضاد للهيستون H1.5 (أحمر) و DAPI (أزرق) ومدمج أحمر وأخضر (R + G). (ب) نواة الطور البيني HL-60 / S4 غير متمايزة ملطخة بـ Fab (أخضر) ومضاد للهيستون H1.5 (أحمر) و DAPI (أزرق) ومدمج (R + G). (ج) شريحة Z واحدة متحد البؤر من خلية انقسامية HL-60 / S4 ملطخة بـ Fab و anti-هيستون H1.5 و DAPI والمدمجة (R + G). (ديتم تقديم شرائح Z المختلفة من مكدس R + G الانقسامي المدمج. لجميع الصور ، يساوي شريط التكبير 10 ميكرومتر. سبق نشر هذه الصورة في جزء [20].

الشكل 6. شكل ميتوتيكي مأخوذ من خلية طلائية ملطخة من السمندل ، رسمها والثر فليمنج ، نُشرت في الأصل في "Zellsubstanz، Kern und Zelltheilung" (1882 ، Tafel IIIb ، الشكل 41). في شرح الشكل ، أشار فليمنج تحديدًا إلى البنية التحتية للكروموسوم "Körnelung sehr deutlich" (التحبيب المتميز جدًا). في عام 1896 ، أعاد H. Fol [22] طباعة هذا الرسم ، والذي يُنسب إليه عمومًا تقديم مصطلح "الكرومومير". ومع ذلك ، في تعليقه الخاص على الشكل المعاد طباعته ، يبدو أنه يصف ألياف الكروماتيد وليس حبيبات الكروماتين. في نفس الوقت [23] ، في كتابه الكلاسيكي "الخلية في التطور والوراثة" (1896) ، كتب إي بي ويلسون في الفصل السادس ، ص 221 ما يلي: في الحالات ، يتكون خيط الكروماتين من سلسلة من الحبيبات (الصبغيات) مدمجة ومثبتة معًا بواسطة مادة لينين ، (2) أن انقسام الكروموسومات ناتج عن انقسام هذه الأجسام الأولية ... تشير هذه الحقائق بشكل لا لبس فيه إلى الاستنتاج القائل بأن هذه الحبيبات ربما يُنظر إليها على أنها عناصر مورفولوجية مستقلة من درجة أقل من الكروموسومات. "وبهذه الروح قمنا بتسمية حبيبات الكروماتين المناعي بأنها" صبغيات ".

الشكل 7. أنماط المناعية لشظايا Fab أحادية التكافؤ على شرائح Z متسلسلة بديلة على طول ذراع الكروموسوم الانقسامي ، مما يكشف عن نمط "كرومومير" شعاعي. الصف العلوي هو فاب (أخضر) الصف الأوسط ، مضاد هيستون H1.5 (أحمر). يحتوي الصف السفلي على شرائح "أحمر + أخضر (R + G)" مدمجة. يبلغ قطر الكروموميرات حوالي 300 نانومتر. شريط التكبير يساوي 2 ميكرومتر. سبق نشر هذه الصورة [20].

الشكل 8. مقارنات تسلسل الببتيد. المنطقة المتغيرة PL2-6 الثقيلة السلسلة 3 ("*" ، Hv3) مقارنة ببروتينات الربط الحمضية المختلفة. يشكل الأرجينين الثاني (الأحمر R) في تسلسل LANA (... RLRS…) جسور الملح مع H2A E61 و D90 و E92 [24]. الشكل الأصفر (... LDYW ...) هو سمة هيكلية مسعورة شائعة في العديد من مناطق Hv3. سبق نشر هذه الصورة [20].

تنشأ العديد من الأسئلة الرئيسية من الارتباط غير العادي لسطح الكروماتين بين الطور البيني epichromatin بواسطة PL2-6 ثنائي التكافؤ: ما هي خصائص هذا الكروماتين؟ هل تتغير هذه الخصائص أثناء تمايز الخلايا؟ ما نوع الحمض النووي الموجود في الطور البيني epichromatin؟ تم استكشاف هذه الأسئلة باستخدام ChIP-Seq على خط خلايا سرطان الدم النخاعي البشري HL-60 / S4 ، والذي يمكن تمييزه في المختبر في شكل الخلايا المحببة والضامة [25]. باختصار ، كشفت ChIP-Seq عن تشابه كبير في تكوين الحمض النووي لمقارنة epichromatin الطور البيني من خلايا غير متمايزة ومتباينة. يحتوي Epichromatin على ما يقرب من 4-5 ٪ فقط من إجمالي تسلسل الحمض النووي. في خلايا HL-60 / S4 ، يتم إثراءه بـ GC ، وميثليته بدرجة عالية ويعرض إثراءًا كبيرًا في retrotransposon Alu. أظهر رسم خرائط مناطق epichromatin على طول الكروموسومات البشرية تشابهًا كبيرًا في توزيعها المنفصل والمتقطع ، ومقارنة حالات الخلايا الثلاث. علاوة على ذلك ، يُظهر epichromatin كثافة عالية للنيوكليوسوم و a ندرة من مختلف التعديلات اللاحقة للترجمة هيستون المرتبطة بالنسخ أو قمع النسخ [26]. في الواقع ، يبدو أن epichromatin الطور البيني يمثل سطح كروماتين فريد غير معدل (باستثناء مثيلة الحمض النووي) يواجه الغشاء الداخلي لـ NE الموجود (أو الذي يتم إعادة تشكيله). من المهم التأكيد على أن PL2-6 هو ليس جسم مضاد للحمض النووي وأن تسلسل الحمض النووي المخصب من خلايا HL-60 / S4 من المحتمل أن تكون فريدة من نوعها لهذه الخلايا. بالتأكيد، ذبابة الفاكهة, C. ايليجانس وخلايا التبغ لا تحتوي على الينقولات العكسية Alu ، من بين اختلافات أخرى. تجادل دراسة حديثة [27] ، تستخدم صبغة برتقالية أكريدين ، بأن DNA epichromatin يمتلك شكل A بسهولة أكبر من الكروماتين الداخلي.

لا يمكن قول الكثير عن الكروموميرات ، التي يتم تصورها باستخدام شظايا Fab أحادية التكافؤ لـ PL2-6. يبدو أن الكروموميرات تحتوي على بقع حمضية نيوكليوسوم "مكشوفة" لم يتم تمييزها بواسطة PL2-6 ثنائي التكافؤ. من الممكن أن تقدم بعض الصبغيات "مناطق مستهدفة" نسخية على سطحها ، مما يحافظ على عرض "مفتوح" أكثر للنيوكليوسومات السطحية [28] ، ولكن ليس لدينا معلومات عن علاقة الكروموميرات بالنسخ. يمكن أيضًا تصور الكروموميرات باستخدام الأجسام المضادة ثنائية التكافؤ لـ H1 [20] ، مما يعني أن أسطح الكرومومير تعرض حواتم H1 "مكشوفة". يبدو أن هناك مستوى معين من عدم تجانس الكرومومير ، حيث تظهر بعض الكروموميرات أنماط نظيرية معينة H1 بينما يظهر البعض الآخر عدم وجود أنماط نظيرية معينة من H1. لا تكفي بيانات التلقيح المناعي الحالية للقول ما إذا كانت الكروموميرات تحتوي على أكثر من نمط نظير H1. تم إثبات أن خلايا HL-60 / S4 (غير متمايزة ومتباينة) تحتوي بشكل أساسي على ثلاثة أنماط نظيرية H1 ، H1.2 ، H1.4 و H1.5 [29]. اعتمادًا على قيود "عتبة" الصورة ، يبلغ عدد كروموميرات الطور البيني غير المتمايزة الملطخة HL-60 / S4 Fab (لكل نواة ثنائية الصبغيات) حوالي 2791 (عند عتبة 20٪) وأقل (حوالي 1150) في الكروموسومات الانقسامية [20]. ليس من الواضح ما إذا كان هذا الانخفاض الواضح في الكروموميرات أثناء الطور الاستوائي ناتجًا عن تغيرات توافقية للكروماتين أو أن حاتمة epichromatin أصبحت "مخفية" ، أو كليهما. من الواضح أن الحلقات في الكروموسومات الانقسامية ، سواء كانت متداخلة أو معبأة بإحكام ، مكثفة للغاية [11] ويمكن أن تظهر على شكل كروموسومات في الكروموسومات الثابتة بالفورمالديهايد.

كيف نفسر الأنماط المناعية المختلفة لـ PL2-6 ثنائية التكافؤ وشظايا Fab أحادية التكافؤ؟ من المتصور ، قد تؤثر أربعة عوامل على الأقل على نمط تلطيخ الأجسام المضادة ثنائية التكافؤ مقابل نمط تلطيخ الجسم المضاد أحادي التكافؤ: (1) التركيز المحلي للحلقة (2) الترتيبات الهندسية للحلقات متعددة التكافؤ (3) الحجب عن طريق الروابط المتنافسة و (4) الخصائص الفريدة لـ epichromatin كـ ' السطح '(على سبيل المثال الكروماتين على جانب واحد لا الكروماتين على الجانب الآخر). من المثير للاهتمام أن الترتيب المتعرج للنيوكليوسومات على طول ليف كروماتين واحد (منظر شائع جدًا في ألياف الكروماتين المنتشرة على السطح ، انظر [1]) ينتج نيوكليوسومات مجاورة تظهر بقعًا حمضية مرتبطة بمحور ثنائي خارجي ، والتي يمكن أن تتطابق مع PL2 ثنائي التكافؤ التكميلي -6 مواقع ربط (مرتبطة أيضًا بمحور ثنائي داخلي الشكل 9 والمواد التكميلية الإلكترونية ، فيلم). نقترح أن نمط التلقيح المناعي المكثف لـ PL2-6 هو مثال على "شغف" الأجسام المضادة العالية (أي ارتباط الجسم المضاد ثنائي التكافؤ بمولد ضد متعدد التكافؤ ، مما يؤدي إلى زيادة "ثابت الارتباط") الارتباط بالحلقات "المكشوفة" الموجودة بتركيز محلي عالٍ [30]. لا يمتلك جزء Fab أحادي التكافؤ خاصية الطموح (مع ثابت الارتباط العالي) وهو أقل اعتمادًا على الهندسة المحلية. لكنها لا تزال تتأثر بتركيز الحاتمة والعرقلة من قبل المنافسين. باختصار ، نقترح أن PL2-6 ثنائي التكافؤ يستجيب بشكل كبير للهندسة النوكليوزومية والنووية على سطح epichromatin ، مستفيدًا من قدرته على الطموح. يمكن أن يكتشف Fab أحادي التكافؤ حواتم "مكشوفة" منتشرة في جميع أنحاء البيئة النووية والكروموسوم ، ويكشف عن حواتم مجمعة تحدد الكروموميرات المنقطعة.

الشكل 9. رسم كاريكاتوري يصور جزيء PL2-6 ثنائي التكافؤ مرتبط بترتيب متعرج من النيوكليوسومات. لا يعرض هذا الرسم التخطيطي الأبعاد الجزيئية الدقيقة. بدلاً من ذلك ، من المبالغة إظهار مواقع التفاعل المحتملة. يمكن تصور نموذج أكثر دقة في المواد التكميلية الإلكترونية ، فيلم. تمثل الأسهم الكرتونية على "الوجوه" النوكليوزومية البقع الحمضية للنيوكليوسوم (AP). لاحظ أنه في هذا الترتيب المتعرج ، بالنسبة للنيوكليوسومات المتسلسلة ، ترتبط اتجاهات AP بمحور ثنائي (عمودي على DNA الرابط وعلى مستوى الرسوم المتحركة). بجوار كروماتين zig-zag ، يوجد تمثيل لـ PL2-6 ثنائي التكافؤ ، ويعرض أيضًا مناطق الربط التكميلية على شكل أسهم. يحتوي IgG ثنائي التكافؤ على محور ثنائي يعمل بين منطقتي Fab وعلى طول خط الوسط لمنطقة Fc. يعتبر التقاطع بين منطقتي Fab و Fc مرنًا للغاية ، ويتحمل نطاقًا واسعًا من الزوايا بين "أذرع" Fab ويسمح للأذرع بالدوران بحرية كبيرة. تقدم هندسة النيوكليوسومات موقعين ملزمين بـ IgG ثنائي التكافؤ ، مستغلين مبدأ الشغف.

2. مناقشة

كانت الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي بداية أوقات مثيرة للبيولوجيا الهيكلية: استخلاص البروتين α-helix و-sheet من بيانات حيود الأشعة السينية لعديد الببتيدات ، وتحديد الحلزون الثلاثي للكولاجين ، واللولب المزدوج للحمض النووي ، وتفاعلات الهيموغلوبين الفرعية. ، إمكانية التنبؤ بطي ببتيد RNAse ، وبنية الحمض الريبي النووي النقال ، وما إلى ذلك ، في كثير من النواحي ، أصبحت الخلية تعتبر "كيسًا" من الهياكل الجزيئية الكبيرة المنتظمة للغاية ، وتعمل بآليات "القفل والمفتاح" مع ترتيب أعلى ثانوي وثالث ورباعي يمكن التنبؤ به قابلة للطي ، أثناء الانغماس في حلول محددة داخل الخلايا. يمكن رؤية توثيق مذهل للنجاحات في تحديد الهيكل في الملصق الجميل المتاح عبر الإنترنت من PDB (الآلات الجزيئية: جولة في قاعدة بيانات البروتين). هذه الثقة في القدرة على التنبؤ الهيكلي ، جنبًا إلى جنب مع بيانات حيود الأشعة السينية للألياف (أي الطريقة المستخدمة لفك تشفير اللولب المزدوج للحمض النووي) المستخدمة في ألياف الكروماتين المعزولة أدت إلى اقتراحين لنماذج حلزونية من الكروماتين ، وكلاهما كان خاطئًا (جوانب من هذا) جزء من تاريخ الكروماتين ، يُنظر إليه من خلال عيون المؤلفين الحاليين ، وقد سبق نشره) [1]. من الواضح الآن أن الكثير من البنية الخلوية ، بما في ذلك الكروماتين ، أكثر تعقيدًا وغير منظمة مما كنا نأمل. بعد فترة وجيزة من اكتشاف الجسيم النووي في 1973/1974 ، أصبحت الترتيبات الحلزونية للنيوكليوسومات في حوالي 30 نانومتر من الألياف هي المستوى التالي المفضل لتنظيم الكروماتين. أدت العديد من الدراسات ، بما في ذلك المجهر الإلكتروني وتشتت الأشعة السينية ، إلى تآكل ثقتنا في الوجود العام لمثل هذه الهياكل [31-36]. بدلاً من ذلك ، تؤكد وجهات النظر الحالية عن مجموعات فائقة النوى ذات علامات نقطية أقل وضوحًا (بأسماء مختلفة مثل الكريات الكسورية ، والمجالات المرتبطة طوبولوجيًا ، ومجالات الاتصال ، والمجالات المدمجة ، ونطاقات الكروماتين 1 ميجا بايت في البوصة) [37-44] ، الهياكل التي نقترح أنها مرتبطة بها "الكروموميرات" الثابتة لدينا [20]. تعكس هذه الهياكل بلا شك تنظيمًا وراثيًا أساسيًا وتذكرنا بالدراسات السابقة لفرشاة اللمبة والكروموسومات متعددة التين [45-49].

يمثل وصف التنظيم النووي الداخلي للكروموميرات تحديًا واضحًا. يعد هيستون H1 مرشحًا جذابًا بشكل خاص لتثبيت العناقيد النوكليوزومية الفائقة (الصبغيات) داخل الخلايا الحية. تم إجراء قدر كبير من البحث على الأنماط النظيرية المختلفة لـ H1 (بشكل عام ، ستة أنماط نظيرية في الخلايا البشرية الجسدية: H1.1 و H1.2 و H1.3 و H1.4 و H1.5 و H1.0 في الخلايا المتمايزة نهائيًا ) [50-62]. فيما يلي بعض الاستنتاجات الواردة في العديد من المقالات البحثية والمراجعة. (1) مجال كروي مركزي محفوظ بدرجة عالية مع "طية لولبية مجنحة" [63] ، والتي ترتبط بالنيوكليوسوم ، محاط بذيول ببتيد غير منظمين. (ثانيا) في المختبر، فإن وجود هيستون H1 ضروري لتكثيف سلاسل متعددة النوى في القوة الأيونية الفسيولوجية. (3) يعتبر الببتيد H1 C-terminal أكثر أهمية في تكوين بنية ترتيب أعلى للكروماتين من الببتيد N-terminal (الذي لا يزال يلعب دورًا). (4) يبدو أن هناك قدرًا ضئيلًا من H1 "الحر" (غير المنضم) في النواة. (5) وقت مكوث H1 على نوكليوسوم أقصر من وقت مكوث الهستونات الداخلية ، ولكنه أطول من وقت بقاء لعوامل النسخ أو بروتينات HMG. (6) يعرض H1 أنواعًا عديدة من التعديلات اللاحقة للترجمة (خاصة الفسفرة) الديناميكية أثناء دورة الخلية وأثناء تمايز الخلية. (7) يمكن على ما يبدو تعويض الفقد الجيني لأنماط نظيرية هيستون معينة عن طريق التكرار H1 ، حتى يصبح قياس العناصر المتكافئة لـ H1 / nucleosome منخفضًا جدًا. من الواضح أن بروتينات H1 ديناميكية داخل النواة ، ولها أدوار معقدة ومتنوعة في التأثير على بنية الكروماتين ذات الترتيب الأعلى وتنظيم النسخ.

يأتي التحدي الإضافي لمفهوم هياكل الكروماتين عالية التحديد من الإدراك الناشئ بأن الهستونات المكونة للنيوكليوسوم غنية بمنطقة الببتيد المضطرب جوهريًا "غير المنظمة" (IDPR) [64-66]. غالبًا ما يتم إثراء IDPRs بمخلفات Lys و Arg و Pro و Ser ، وهي خاصية واضحة لذيول هيستون. IDPRs ، بحكم التعريف ، لا تظهر تطابقات الببتيد المستقرة في المحاليل الفسيولوجية وتكون بشكل عام مختلطة في تفاعلاتها مع الشركاء الملزمين. تتأثر مطابقة IDPR بشكل كبير بالتعديلات اللاحقة للترجمة [67] وعادة ما تكتسب المزيد من المطابقات الببتيدية المحددة كنتيجة للربط [68]. بسبب الطبيعة الفوضوية المتكررة لتوافق IDPR في الحل ، فقد تم وصفها على نحو ملائم بأنها "غامضة" أو تشكل "سحابة" ببتيدية [69]. تمتلك النيوكليوسومات 10 ذيل هيستون داخلي IDPR [65] وذيول IDPR هيستون H1 ، لتصبح هياكل متعددة التكافؤ مع أنواع عديدة من تفاعلات الربط [43،70] (الشكل 10أ). كنظيرًا لجزيء أحادي النواة متعدد التكافؤ ، نقترح النظر في جزيء IgM (الجلوبيولين المناعي الكلي) متعدد التكافؤ. يتكون جزيء IgM من خمس وحدات فرعية شبيهة بـ IgG ، متصلة بواسطة مناطق Fc الخاصة بها ، مما يؤدي إلى توليد 10 مواقع ربط للأجسام المضادة على جزيء كبير واحد. عادة ما تكون ثوابت الربط الفردية ضعيفة نسبيًا ، ولكن بشكل جماعي ، بناءً على مبدأ الشغف ، فإن جزيء IgM له من بين أقوى ثابت ارتباط لأي غلوبولين مناعي. كنموذج أولي للربط بين النواة ، نستشهد أيضًا بذيل هيستون H4 ، والذي يمكن أن يتفاعل مع البقعة الحمضية لجسيم نووي مجاور [74]. نقترح أن النيوكليوسومات "الضبابية" تشكل الأساس للكروماتين "الضبابي" والكروموميرات "الضبابية". يمكن أن تشكل ذيول القاعدة غير المهيكلة الممتدة إلى الخارج من epichromatin تفاعلات كهروستاتيكية مع فوسفوليبيدات أنيونية الغشاء النووي (مثل phosphatidylserine ، PS) (الشكل 10ج) ، مشابه للتفاعل بين PS وبروتين MARCKS في غشاء البلازما [75،76]. يمكن أن تكون ذيل الهيستون الداخلي و H1 مرتبطة بالنيوكليوزومات المجاورة مما يساعد على استقرار المركب النوكليوزومي الكرومومي ، ويعمل بمثابة "شريط لاصق" مختلط (الشكل 10ب). وبهذه الطريقة ، يمكن اعتبار العمارة النووية وبنية الكروماتين ذات الترتيب الأعلى نتاجًا ل mononucleosome متعدد التكافؤ ، مع قوتها الملزمة المستمدة من مبدأ الطموح.

الشكل 10. الرسوم الكاريكاتورية التي تصور مواقع مناطق الببتيد المضطرب جوهريًا (IDPR) على ثلاثة مستويات من بنية الكروماتين ، والنيوكليوزوم ، والكرومومير ، والكروماتين. (أ) رسم كاريكاتوري لجسيم أحادي النواة يحتوي على 10 ذيول هيستون داخلية أساسية وذيول H1 أساسيان يشكلان جزيءًا ضخمًا متعدد التكافؤ مع تشابه محتمل مع جزيء الأجسام المضادة IgM متعدد التكافؤ. يوجد أسفل النيوكليوسوم رسم لجزيء H1 ، يُظهر المنطقة الكروية المركزية (الحمراء) المحاطة بالذيول الطرفية N و C. يمكن أن يمتد الببتيد 100 aa غير المربوط حتى 30-35 نانومتر تقريبًا من المجال الكروي. (ب) رسم كاريكاتوري لكرومير ، موجود داخل مجال بدون غشاء (قطره 200-300 نانومتر تقريبًا) ، ويتألف من سلسلة متعددة النوكليوزوم شديدة التعقيد (ربما ، حوالي 500-1000 نواة [42،71]) مثبتة بواسطة condensin أو cohesin ( الحلقة الحمراء) [72،73] في "باقة" وراثية ، استقرت عن طريق الارتباط المختلط لذيول الهيستون بالنيوكليوزومات المجاورة ، مما أدى إلى بنية مرتبة أعلى منسقة مكانيًا. (ج) كارتون من epichromatin الطور البيني المجاور لـ NE ، يحتوي على مجمع المسام النووي (NPC) ، والغشاء النووي الخارجي (ONM) والغشاء النووي الداخلي (INM).تُظهر الطبقة الخارجية من النيوكليوسومات في epichromatin "تلويحًا" (+) ذيول هيستون مشحونة (أزرق) تتفاعل مع الأنيوني (-) phospholipids (أحمر) المنبثقة من داخل INM. لا يُظهر هذا الكارتون اللامينات ولا البروتينات الغشائية (مثل LBR ، و Emory ، وما إلى ذلك) ، ولكنه يركز على مناطق epichromatin المتلامسة مع INM.

3. التكهنات

(1) نقترح أن اللدونة التوافقية للهيكل النووى ذو الترتيب الأعلى ترجع إلى حد كبير إلى تعدد تفاعلات ذيل هيستون IDPR.

(2) إن مفهومنا عن الطور البيني و epichromatin الانقسامي هو سطح كروماتين مغطى بذيول هيستون غير منتسبة ، مما يشكل سحابة من (+) بقايا الأحماض الأمينية. قد ينجذب epichromatin الطور البيني كهروستاتيكيًا إلى الغشاء النووي الأنيوني الفوسفوليبيد. أثناء تكاثف الكروموسوم الانقسامي ، قد يؤدي ارتفاع Mg 2+ الخلوي [77] إلى إضعاف التفاعل الكهروستاتيكي لذيول الهيستون مع فوسفوليبيدات الغشاء الأنيوني. أثناء الطور النهائي ، قد يسهل سطح الكروماتين المشحون إيجابياً إعادة تشكيل NE بعد الانقسام الخيطي.

(3) نحن نتكهن بأن هيستون الداخلية وذيول H1 تعمل مثل "شريط لاصق" يحمل نيوكليوسومات متعددة التكافؤ في حزمة متناسقة (كروموميرات). يمكن أن تتأثر فعالية هذا "الشريط اللاصق" لربط النيوكليوسومات معًا بالتعديلات اللاحقة للترجمة. تدعم الأدلة التجريبية والحاسوبية في المختبر أن ذيول الهيستون يمكن أن ترتبط بالحمض النووي داخل الكروماتين [78-80]. وبالتالي ، فمن المحتمل أن في الجسم الحي، على الأقل بعض ذيول الهيستون مرتبطة بالحمض النووي النووي "البعيد".

(4) من المحتمل أن تمثل الكروموميرات مستوى واحدًا فقط في منظمة النواة الفائقة. إذا كان الكروماتين يمتلك خصائص تشبه "القطرات السائلة" [41] ، فإن فصل الطور قد يدمج هذه الهياكل معًا في هياكل أكبر أو يشقها إلى وحدات أصغر.


3. التفاعل الكهروستاتيكي في الكروماتين: ظاهرة متعددة النطاقات جوهريًا

في المقاييس الكبيرة في ألياف الكروماتين ، تكون الهياكل محايدة إلكتروستاتيكيًا تقريبًا ، مما يسمح بمعالجة متوسطة للكهرباء الساكنة والذوبان في نماذج البوليمر للكروماتين. ومع ذلك ، على مقياس NCP و oligonucleosome ، تصبح الكهرباء الساكنة والذوبان في غاية الأهمية ، بسبب ارتفاع شحنة الحمض النووي. يتم تحييد الشحنات الموجودة على العمود الفقري للحمض النووي جزئيًا عن طريق لف الحمض النووي حول قلب الهيستون ، خاصة من خلال تأثير ذيول الهيستون ، وجزئيًا من خلال الأيونات المضادة الموجودة في البيئة النووية. يمكن أن تتسبب نمذجة التفاعلات بين النواة باستخدام الإمكانات التحليلية الاختزالية ، والتي تحذف الدور الواضح لذيول الهيستون ، في التغاضي عن التأثيرات الكهروستاتيكية الثانوية ، ولكنها لا تزال ذات صلة.

بالنظر إلى الأهمية البيولوجية للأنواع الأيونية المختلفة ، يعتبر Mg 2 & # x0002B مهمًا بشكل خاص ، حيث وجد أنه يعزز تكاثف النواة وتجميعها ويمكن أن يعزز انحناء الحمض النووي للرابط ، لأنه في وجوده يتم تعزيز تفاعلات النوكليوسومات المجاورة الأولى والثالثة (Grigoryev وآخرون ، 2009). من ناحية أخرى ، تتطلب الكاتيونات الرباعية التكافؤ تركيزات أقل للحث على الضغط (Zinchenko et al. ، 2017). في Fan et al. (2013) ، تمت دراسة أنظمة 1 & # x0201310 جسيمات النواة النواة (NCPs) باستخدام نموذج الحبيبات الخشنة من أجل دراسة آثار الكاتيونات أحادية التكافؤ وثنائية التكافؤ وثلاثية التكافؤ على هذه الهياكل ، وإعادة إنتاج البيانات التجريبية. وقد لوحظ أن الزيادة في أيونات K & # x0002B تضخيم التفاعل الإلكتروستاتيكي الداخلي البغيض مما أدى إلى زيادة تركيز Mg 2 & # x0002B مما تسبب في تراكم جزئي ، وأدت الزيادة في أيونات COHex 3 & # x0002B إلى جذب قوي مشترك بين النواة في 10 أنظمة NCP ، وبالتالي تظهر أن تجميع نقاط الاتصال الوطنية يختلف تحت تأثير أنواع وتركيزات مختلفة من المضادات.

تمت دراسة الأيونات متعددة التكافؤ وتأثير توزيعها حول NCPs على تشكيل الكروماتين أيضًا في Gan and Schlick (2010) ، باستخدام نهج معادلة Poisson Boltzmann (PBE) ، مع التركيز على رسوم الحماية ، والتي تتجمع بشكل خاص حول DNA و الأجزاء المكشوفة من ذيول هيستون. حقيقة أن السطح يحتاج إلى التعرض للمذيب من أجل أن ترتبط الأيونات به يجعل الفحص الكهروستاتيكي الناجم عن الأيونات (تغيير في الشحنة الكهربائية الفعالة) وتفاعلات أيون كروماتين بشكل عام تعتمد بشكل مباشر على الضغط. أظهرت الحسابات أن الغربلة المحسّنة بسبب الأيونات ثنائية التكافؤ قد لا تكون فقط بسبب شحنتها العالية ، ولكن أيضًا لأنها تشكل طبقة أكثر كثافة من العدادات حول NCP وترتبط التقلبات في هذه الطبقة بتشكيلات ألياف مختلفة. هذا يجعل أكثر وضوحًا حقيقة أن طوبولوجيا الضغط هي محدد رئيسي لتفاعل الكروماتين أيون. وقد لوحظ في هذه المحاكاة أن شحنة التدريع الناشئة عن كل من الأيونات أحادية التكافؤ وثنائية التكافؤ مرتبطة خطيًا بالقوة الأيونية للمحلول.

في دراسة الهياكل الكبيرة والمعقدة مثل الكروماتين ، تم اقتراحه في Izadi et al. (2016) أن عمليات المحاكاة الضمنية للمذيب المعمم (GB) ستكون مفضلة على MD التقليدية الواضحة تمامًا ، من أجل التحايل على القيود الحسابية. ومع ذلك ، فإن مقياس GB القياسي ضعيف مع عدد الذرات المذابة ، وفي هذا العمل ، تم تقديم نموذج GB ذري متعدد النطاقات يتضمن تحسينات في الحسابات الكهروستاتيكية ، والتي تم تقييم دقتها من خلال المقارنة نقطة بنقطة مع حسابات PBE. الاستفادة من التنظيم الهرمي الطبيعي وتوزيع شحن الكروماتين ، Izadi et al. استخدم رسوم نقطية تقريبية لحساب التفاعلات الكهروستاتيكية بين النقاط البعيدة في بنية مكونة من 40 نواة ، تحتوي على & # x0007E1 مليون ذرة ، مع التركيز بشكل خاص على سلوك ذيول الهيستون. كانوا قادرين على إعادة إنتاج النتائج التجريبية للتفاعل بين ذيل H3 هيستون والحمض النووي الرابط. أثبت نهج GB وجود بدائل قابلة للتطبيق والتي تقلل بشكل كبير من تكلفة أخذ العينات المطابقة في الهياكل الكبيرة جدًا.

لا يمكن للمرء أن يختم حديثًا عن إلكتروستاتيك الكروماتين دون ذكر تأثير ذيول الهيستون ، التي وُجد أنها تعزز استقرار هيستون الرابط على NCP. في بعض النماذج ، يتم تصميم ذيول الهيستون على شكل سلسلة من الخرزات بشحنة موجبة واحدة لكل حبة (Gan and Schlick ، ​​2010 Fan et al. ، 2013 Korolev et al. ، 2014). شوهد من قبل Shaytan et al. (2016) أن بعض تكوينات ذيل الهيستون تعزز انتفاخ الحمض النووي في مواقع الدخول والخروج ، مما قد يساهم في تكوين عيوب ملتوية في الحمض النووي النووي. عيوب الالتواء هي تشوهات الحمض النووي التي تسمح بوجود أكثر أو أقل من الحمض النووي في المواضع التي يتفاعل فيها الحمض النووي عن كثب مع الهستونات (برانداني وآخرون ، 2018). إنها مهمة ، من بين أسباب أخرى ، لأن وجودها يتسبب في تكوين النيوكليوسومات مع 146 نقطة أساس بدلاً من 147 المعتاد (Pasi and Lavery ، 2016) ، بسبب فرط وتمدد الحمض النووي (Davey et al. ، 2002). كما توقعوا أن وجود الأرجينين والليسين قد يفرض قيودًا على حركة ذيل هيستون بسبب التفاعلات الكهروستاتيكية الجذابة. شوهد أن الاتصالات بين الحمض النووي والهيستونات تهيمن عليها ذيول الهيستون ، حيث تشكل 60 ٪ من تفاعلات البروتين والحمض النووي في النواة ، تلتف بسرعة حول الحمض النووي (في Shaytan et al. ، 2016 ، لوحظ أنها تفعل ذلك في أول 20 نانوثانية من المحاكاة).

في دراسة أخرى ، لوحظ أن الطرف N من ذيل هيستون H4 يتفاعل مع & # x0201Cacidic patch & # x0201D الموجود على سطح النيوكليوسومات المجاورة ، وهو أخدود صغير يتكون من ثمانية بقايا ، ستة منها تنتمي إلى H2A والباقي إلى H2B ، والتي تشكل منطقة ذات كثافة شحنة سالبة للغاية على سطح النيوكليوسوم ، تعمل كنقطة ساخنة لبروتينات ربط الحمض النووي وذيول الهيستون (Kalashnikova et al.، 2013 McGinty and Tan، 2014 Zhou et al.، 2018). خلال 1 & # x003BCs محاكاة MD طويلة في Shaytan et al. (2016) ، يُنظر إلى NCP على أنه مستقر جدًا في الديناميات ، على عكس ذيول الهيستون والحمض النووي الرابط: لم يتم ملاحظة فك أو فتح DNA NCP على نطاق واسع ، حتى عندما تم إجراء المحاكاة بتركيز ملح 1M ، وفي ظل هذه الظروف من المعروف حدوثها (Wilhelm et al. ، 1978). يشير هذا إلى أن مثل هذه الظواهر قد تحدث في نطاقات زمنية أطول. تعتبر ذيول هيستون H3 ذات أهمية خاصة ، والتي اقترحتها التجارب (Kato et al. ، 2009) لتشكيل هياكل مطوية مستقرة ، وحتى التنافس مع بروتينات ربط الحمض النووي الأخرى ، مما يؤثر على إمكانية الوصول إلى المواقع المعدلة وراثيًا في المنطقة الثانوية. الحزوز.

لقد سبق ذكر أن وجود المسالك A يمكن أن يغير انحناء الحمض النووي ، مما يتسبب في أن تكون الأخاديد الصغيرة أضيق من تلك الموجودة في الأجزاء ذات الانحناء المنخفض ، ويعزز محليًا الإمكانات الكهروستاتيكية السلبية. في Rohs et al. (2009) ، تم إجراء حسابات PBE على الحمض النووي ، مما يدل على أن الجهد الكهروستاتيكي الناجم عن العمود الفقري للحمض النووي له قمم شدة داخل الأخاديد الرئيسية والثانوية. يرتبط موضع هذه القمم بمواقف بقايا الأرجينين على قلب هيستون. تم تفسير تفضيل الارتباط الملحوظ سابقًا للأرجينين على اللايسينات في الأخاديد الصغيرة ، وخاصة في الأخاديد الضيقة ، جزئيًا من خلال مزيج من التأثيرات الكهروستاتيكية والتحلل. لدراسة هندسة الأخدود الطفيفة ، تم تحليل جميع الهياكل البلورية لمجمعات البروتين والحمض النووي التي تحتوي على ذرة أساسية واحدة على الأقل & # x02013 اتصال aminoacid. استند تحليل الحمض النووي للنيوكليوسومات على الهياكل النووية المتوفرة في بنك بيانات البروتين (PDB) في ذلك الوقت.


تكوين هيستون الرابط والنيوكليوسوم والكروماتين

من المسلم به عمومًا أن رابط هيستون يرتبط بالـ DNA ويحميها ، وتحديداً الحمض النووي الرابط ، وهو & # 8220 string & # 8221 يربط الجسيمات النووية. كشف هضم نوكلياز المكورات الدقيقة أن كل هيستون رابط يتفاعل مع 10 نقاط أساس لكل DNA رابط [9 ، 10]. الى جانب ذلك ، توما وآخرون. أظهر أن الكروماتين الرابط المحتوي على هيستون يعرض & # 8220zig-zag & # 8221 نمط هيكل ليفي ، مما يشير إلى أن رابط هيستون متورط في تحديد الزاوية بين محور الألياف والوجوه المسطحة للأقراص النووية ، وكذلك المستوى الأعلى لضغط الكروماتين [11 ، 12]. تشير هذه الأدلة إلى أن هيستون الرابط قادر على حماية الحمض النووي للرابط وكذلك تحديد بنية الكروماتين ، وبالتالي فإنه من الأهمية بمكان معرفة كيفية ارتباط هيستون الرابط بالنيوكليوسوم.

لتأكيد إمكانية وجدوى تفاعل هيستون الرابط وربطه بالهيكل هو الخطوة الأولى. ماير وآخرون. العمل لإثبات أن المسافة بين السطح النووي والحمض النووي الرابط كبيرة بما يكفي لاحتواء المجال الكروي [13]. بالإضافة إلى ذلك ، يحدد اتجاه الحمض النووي الرابط أيضًا ما إذا كان التجويف كبيرًا بما يكفي لاستيعاب هيستون الرابط. شوكلا وآخرون. ذكرت أن H2A المعدلة غيرت زاوية دخول / خروج DNA nucelosomal ، مما يعيق ارتباط H1 بالجسيم النووي [14]. عمل مماثل للسقيفة وآخرون. ذكرت أن نيوكليوسوم متحور مع متغير H2A يعرض طولًا ممتدًا من الحمض النووي الرابط ، مما يؤدي إلى اتصال أضعف بكثير مع هيستون الرابط لمسافة زائدة [15]. على الرغم من ذلك ، لا يزال التقييد الفاصل للتفاعل بين هيستون الرابط والنيوكليوسوم. يمكن لبروتينات أخرى ، مثل PARP-1 ، أن ترتبط أيضًا بالنيوكليوسوم ، مما يعيق موقع الارتباط على الجسيم النووي ويقطع ارتباط هيستون الرابط [16]. وخلاصة القول ، فإن بنية نواة النواة وكذلك الحمض النووي الرابط قد زودت هيستون الرابط بموقع متاح للربط المستقر ، طالما أنه لا يوجد رابط آخر للبروتين أو تغيير الحمض النووي الرابط لعرقلة العملية.

خصائص متغيرات Linker Histone

الاسم الموحدموقع الجينات (الإنسان)نمط التعبيرالاعتماد على دورة الخليةنمط التوزيع الجينومي (الإنسان) [21]الضربة القاضية النمط الظاهري
H1.16p21.3جسديتكرار-
متكل
(IMR90) المخصب في المناطق الجينية وفي الكروموسوم 19 النشط الموجود في المروجين/
H1.26p21.3جسدي(IMR90) مستنفد في TSS للجينات النشطة والمناطق بين الجينات وجزر CpG المخصبة في LADs.(IMR90) المخصب في الكروموسوم X(T47D، MCF7) توقف دورة الخلية في G1 [81] (T47D) تقليل التباعد بين الجسيمات [81]
H1.36p21.3جسدي/(IMR90) لا يوجد فرق كبير [81]
H1.46p21.3جسدي/(T47D، MCF10A) تأثير ضار مع زيادة في ذروة subG1 [81]
H1.56p22.1جسدي(IMR90) الإثراء المعتمد على التمايز(IMR90) تنظيم خفض مستوى SIRT1 وانخفاض مستوى H3K9me2 [24]
(TS) H1.66p21.3خصية//
H1.022q13.1جسديتكرار-
مستقل
(T47D) المخصب في النواة(hESC) ضعف التمايز [82] (IMR90) لا يوجد فرق كبير [81]
(TS) H1.712q13.1خصية//
(OO) H1.83q22.1البويضة//
(TS) H1.917q21.33خصية//
H1.103q21.3جسدي(T47D) المخصب بالكروماتين النشط/

IMR90: خط الخلايا الليفية للرئة البشرية T47D: خط خلايا سرطان الثدي البشري MCF7: خط خلايا سرطان الثدي البشري الغدي MCF10A: خط الخلايا الظهارية للثدي البشري غير الورمي hESC: الخلايا الجذعية الجنينية البشرية.

مع تأكيد إمكانية وجدوى هذا التفاعل ، تم إجراء دراسات تتعلق بالموقع الدقيق للرابط. من بينها ، تلقى نموذجان أكبر قدر من الاهتمام. يشير نموذج Muyldermans إلى أن H1 يرتبط بشكل متماثل بمحور dyad ، بينما يشير نموذج Wolffe إلى نمط غير متماثل يربط هيستون الرابط بالمحور [17 ، 18]. تراكمت الأدلة لدعم أي من النموذجين ، ومع ذلك ظل الجدل قائمًا. حتى وقت قريب ، لاحظت دراسة مهمة موقعها الدقيق باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد وأكدت أخيرًا نمط الربط غير المتماثل [19]. في هذه الدراسة ، سونغ وآخرون. أوضح أن المجال الكروي للرابط هيستون ينحرف عن المحور الثنائي للنواة. إن عدم تناسق جانبي النواة ، مثل a & # 8220head & # 8221 و a & # 8220tail & # 8221 للعملة ، يحدد تحريفًا محددًا لكل نواة لتشكيل بنية الترتيب الأعلى للكروماتين. علاوة على ذلك ، يتم تعبئة النيوكليوسومات في كومة ثنائية البادئ في ألياف الكروماتين 30 نانومتر. تكون النوى النووية المجاورة إما في نمط التفاعل من الرأس إلى الرأس أو نمط التفاعل من الذيل إلى الذيل ، مما يؤدي إلى الارتباط الذاتي لهستونات الرابط ، والذي يلعب دورًا مهمًا في استقرار الألياف 30 نانومتر [19، 20 ]. إجمالاً ، يرتبط هيستون الرابط بشكل غير متماثل مع النواة ، مما يساعد على تكوين وتحديد بنية عالية الترتيب للكروماتين.


زائدة

تأثير تعديلات طول الثبات على تشكيل موضع الجين

لدراسة التأثيرات العامة للتغيرات في طول ثبات ألياف الكروماتين على تشكيل موضع الجين ، فقد عالجنا ألياف الكروماتين كسلسلة تشبه الدودة (WLC) بطول كفاف ثابت إل ج . WLC هو النموذج القياسي المستخدم لوصف سلاسل البوليمر شبه المرنة ، وقد تم استخدامه بنجاح لشرح الخصائص المطابقة للحمض النووي المزدوج الشريطة والبوليمرات الحيوية الأخرى [110]. على الرغم من أن هذا النموذج مثالي للغاية بحيث لا يمكن تمثيله في الجسم الحي الكروماتين (لأنه يتجاهل تفاعلات الألياف والألياف ووجود حلقات مستقرة ومرونة غير متجانسة) ، فإنه يمكن مع ذلك تقديم رؤى نوعية حول حجم التغييرات المطابقة.

نبدأ بكتابة متوسط ​​المسافة التربيعية من طرف إلى طرف لـ WLC بطول ثبات "فعال" إل ص من ألياف الكروماتين التي تجسد جميع تأثيرات إعادة التشكيل [111]:

نحن نعتبر إل ص كمتغير يتغير من قيمة أولية إلى قيمة نهائية بسبب إعادة تشكيل الكروماتين. لأننا نتوقع تأثيرًا ضعيفًا لإعادة التشكيل على طول الكفاف الكلي على مستوى الموقع ، فإننا نحتفظ به إل ج ثابت. في الحد المثالي لسلسلة WLC ، إل جإل ص ، يتم إعطاء نسبة المسافات النهائية إلى المتوسطة الأولية التربيعية من طرف إلى طرف بواسطة

إدخال القيم الأولية والنهائية إل ص لاحظ هيرمان وزملاؤه [78] أن النسبة تصبح 140/280 = 1/2. لقد أكدنا أيضًا هذا الانهيار التوافقي باستخدام محاكاة شبكة MC بسيطة للسلاسل الخطية الوهمية ذات الأطوال المختلفة ومناطق المرونة. تشير عمليات المحاكاة إلى أن إدخال مناطق المرونة في سلسلة صلبة شاملة ، تختلف بواسطة طاقة الانحناء الاسمية 2ك بتي لكل مقطع ، يقلل بشدة من متوسط ​​نصف القطر التربيعي لدوران السلاسل (الجدول 1).

يمكن استكشاف الآثار المترتبة على هذا التعديل في الحجم من خلال تقريب Flory. وفقًا لتقريب Flory ، عدد التفاعلات الثنائية في سلسلة البوليمر ن ب

ج 2 ، أين ج هو تركيز المقاطع [112]. حيث ج

1/الخامس (أين الخامس هو حجم السلسلة) وبافتراض التناظر الكروي ، يتم إعطاء نسبة النهائي إلى العدد الأولي للتفاعلات الثنائية من خلال:

في حالة IgH locus ، هذا يترجم إلى زيادة 8 أضعاف في ن ب .

طول الثبات كدالة لمؤشر الطي

نتعامل مع ألياف الكروماتين على أنها FJC على مستوى الجينوم بأكمله مع طول كفاف مُعطى بواسطة:

أين ن ص هو عدد وحدات التكرار ، كل وحدة من الطول ل = 2إل ص . يُعطى الحجم المميز لـ FJC بواسطة [113]:

أين ν هو أس قياس يربط حجم السلسلة بعدد وحدات التكرار الخاصة بها. لاحظ أن البعد الكسري ، د F ، هو الأس الذي يربط بين كتلة السلسلة م لحجمها عبر وذاك م يتناسب أيضًا مع عدد وحدات التكرار م

(ج س ) 1/ ν (من مكافئ 5). بالتالي، ν هو معكوس البعد الكسري ν = 1 F ويحدد تنظيم FJC على جميع مقاييس الطول.

يمكننا تعريف مؤشر "الطي" Φ لـ FJC كنسبة طول الكفاف الممتد بالكامل إل ج للحجم المطوي ج س ، والتي يمكن تبسيطها بشكل أكبر باستخدام المعادلات. (4) و (5):

منذ طول الكنتور إل ج = د / ج، أين د هي المسافة الجينومية في bp و ج هي كثافة الكتلة الخطية في bp / nm ، Φ تزداد بتناقص كثافة الكتلة الخطية.

يمكن تقسيم طول الكنتور داخل إطار FJC بشكل تعسفي ، أي إذا كان طول كفاف الهيكل هو 100 ميكرومترم ثم يمكن تقسيمها ، على سبيل المثال ، 100 وحدة متكررة لكل من 1 ميكرومترمتر طول أو 1000 وحدة متكررة بطول 0.1 ميكرومترم. تسمح مرونة تقسيم طول الكفاف باختيار أي عدد من وحدات التكرار ن ص أو طول المثابرة إل ص كمتغير في المعادلة. (6). ومع ذلك ، فإن طول الكنتور إل ج وفقًا لـ Eq. (6) يتحدد بمنتج مؤشر الطي Φ والحجم ج س . يجب استيفاء هذا القيد عندما إل ص يتم اختياره كمتغير ويتغير طول الكفاف في الإطار مع التغيير في مؤشر الطي. وبالتالي ، يمكن استخدام Φ كعدسة ذات دقة متغيرة لعرض تنظيم الجينوم بمقاييس أطوال مختلفة.

طول المثابرة إل ص يمكن الآن حسابها كدالة لـ Φ على مستويات مختلفة من تنظيم الجينوم البشري. نبدأ بالتنظيم على مستوى dsDNA ، الذي يُعرف ثباته وأطوال محيطه: إل ج ≈ 2 متر لـ dsDNA مع 6 مليار برميل في كثافة كتلة خطية ج = 2.94 bp / nm [114]. بشرط إل ص = 50 نانومتر [114] و ν = 1/3 ، عدد وحدات التكرار ن ص 2 × 10 7 من Eq. (4) ، مؤشر الطي Φ 8 × 10 4 من Eq. (6) و ج س ≈ 25 ميكرومترم من مكافئ. (5). ومن المثير للاهتمام أن حجم FJC ج س يتوافق مع الأبعاد النموذجية لنواة الخلية البشرية. منذ ذلك الحين ، هذا الحجم ثابت عبر جميع مستويات المؤسسة ، نشير إليها على أنها جس,0. مع هذا القيد ، مكافئ. (6) يقلل إلى

وهكذا تقدم المعادلة (7) العلاقة بين طول الثبات إل ص ومؤشر الطي Φ لجميع مستويات المؤسسة ، والذي تم رسمه في الشكل 7.


التجميع الذاتي وتنظيم آلات فصل الكروموسوم

عقدت الندوة العديد من المحادثات التي سلطت الضوء على التقدم المحرز في فهم المغزل الانقسامي وتنسيقه مع الكروموسومات والمغلفات النووية والحركة الخلوية.

كيفية بناء عمود الدوران ومعرفة ما إذا كنت قد حصلت عليه بشكل صحيح

تتجمع جزيئات التوبولين في بوليمرات الأنابيب الدقيقة الديناميكية ، والتي يجب أن تنتظم في هياكل مغزل ذات رتبة أعلى - وهي عملية تجميع ذاتي غير متوازنة كلاسيكية. تارون كابور راجع العمل من مختبره الذي يوضح أن محرك الأنابيب الدقيقة (كينيسين -4) والبروتين المرتبط بالأنابيب الدقيقة غير الحركية (PRC1) يمكن أن يعملوا كأجهزة قياس ، من خلال التراكم في نهايات الأنابيب الدقيقة في كتلة يتناسب حجمها مع طول الأنبوب الدقيق ( سوبرامانيان وآخرون 2013). باستخدام الفحص المجهري للصفائح الضوئية ، تدرس مجموعته كيف تتجمع هذه الأنابيب الدقيقة ذات العلامات في منطقة وسط مغزل عاملة قادرة على قيادة استطالة المغزل الطور B. كما وصف خصائص المواد اللزجة المرنة للمغزل. بالنسبة للقوى سريعة المفعول ، يتصرف المغزل كمادة صلبة مرنة تتكيف مع القوة المطبقة. بالنسبة للقوى البطيئة المفعول المماثلة لحركة الكروموسومات ، يكون المغزل أكثر مرونة ، مما يسمح للكروموسومات بالمرور مع الحفاظ على سلامة المغزل.

تتجمع الأنابيب الدقيقة في مغازل ، ولكن يجب أن تتفاعل أيضًا مع الكروموسومات لتسهيل فصل الكروموسومات. ستيفن هاريسون تناول مبادئ تصميم kinetochore ، موقع ارتباط الكروموسوم بالمغزل الانقسامي (Jenni et al. ، هذا المجلد). قدم تراكيب للعديد من المجمعات الفرعية الحركية. غالبًا ما يتم تجميع المجمعات الفرعية في هياكل ذات ترتيب أعلى عبر جهات اتصال "ببتيد في أخدود" ، حيث يرسو ببتيد غير منظم لأحد مكونات معقدة فرعية في موقع ربط منظم لآخر. هذا النوع من الاتصال له العديد من الفوائد: إنه قابل للتنظيم لأن الببتيد يمكن الوصول إليه بسهولة عن طريق الكينازات والفوسفاتازات ، كما يوفر الاتصال أيضًا التوافق الميكانيكي والقدرة على التكيف الهيكلي.

بالإضافة إلى ربط الكروموسوم والمغزل ، فإن kinetochore هو أيضًا تنظيمي. ترسل Kinetochores التي لم يتم ربطها بشكل صحيح بالأنابيب الدقيقة إشارة "طور الانتظار" عبر نقطة فحص تجميع المغزل (SAC) ، مما يوفر الوقت لتصحيح أخطاء الفصل. يمنع SAC الخروج الانقسامي عن طريق تثبيط APC / C E3 ligase الذي يحلل الأعاصير الانقسامية. من خلال الدراسات البيوكيميائية والهيكلية ، كان هناك تقدم هائل مؤخرًا في فهم SAC. ومع ذلك ، أظهرت المحادثات في الاجتماع أنه لا تزال هناك مفاجآت. أرشد ديساي أظهر أنه لا يمكن فقط أن يمنع kinetochore APC / C ويضع الفرامل عند دخول الطور ، ولكن يمكنه أيضًا تنشيط APC / C وتسريع تقدم الطور (Lara-Gonzalez et al. ، هذا الحجم). يتم التوسط في كل من هاتين الوظيفتين بواسطة Cdc20 ، وهو منظم رئيسي لـ APC / C. في kinetochores غير المرتبطة ، يتم تحميل Cdc20 على مجمع نقطة التفتيش الانقسامية ، مما يثبط APC / C. ومع ذلك ، فإن Cdc20 يرتبط ديناميكيًا بالحركية حتى عندما يتم توصيل الأنابيب الدقيقة بشكل صحيح. أظهر Desai أنه أثناء التدفق من خلال kinetochore المرفق ، يتم نزع الفسفرة وتنشيط Cdc20 ، مما يسرع الخروج الانقسامي. لذلك ، فإن مرفق الأنابيب الدقيقة الحركية هو الذي يقلب الحركية من "فرامل" APC / C إلى "منشط" APC / C. جينيفر ديلوكا ناقش أيضًا كيف تعدل kinetochores قوة ملحقات kinetochore – microtubule أثناء الانقسام الفتيلي. في وقت مبكر من الانقسام ، تكون المرفقات الديناميكية مفيدة ، بحيث يمكن تصحيح الأخطاء بسهولة. في وقت لاحق ، تكون المرفقات المستقرة مفيدة ، بحيث لا تنفصل الكروموسومات الملحقة بشكل صحيح عن المغزل. من المعروف أن الكيناز الانقسامي Aurora B يسهل القدرة المبكرة على الارتباط من خلال الفسفرة المثبطة لبروتينات kinetochore. قدمت DeLuca نتائج مدهشة أن ابن عمها Aurora A مهم أيضًا في هذه العملية ، على الرغم من أن Aurora A تشتهر بوظائفها في الجسيم المركزي ، وليس في kinetochore (DeLuca ، هذا المجلد). وبالتالي ، على الرغم من أن توطين غالبية سكان البروتين يمكن أن يوفر أدلة حول الوظيفة ، يمكن أن تكون المجموعات السكانية الثانوية مهمة ، ولا ينبغي إغفالها. في بداية الطور ، يتم تحرير التماسك المتبقي بين الكروماتيدات الشقيقة بطريقة تعتمد على APC / C. يوشينوري واتانابي وجد أن بروتين kinetochore المحفوظ Moa1 / Meikin ، على الرغم من أنه تم تحديده في البداية كعامل يسهل التوحيد في الانقسام الاختزالي I ، فإنه يحمي أيضًا cohesin pericentric من الإزالة حتى الطور الثاني (Miyazaki et al. ، هذا المجلد). يتوسط Moa1 حماية التماسك عن طريق زيادة كل من توطين ونشاط Shugoshin (Sgo1) ، وهو واقي cohesin معروف. يكشف هذا العمل عن واقي جديد للكويسين الانتصافي ويوضح كيف يمكن لبروتين واحد أن ينظم وظائف متعددة خاصة بالانقسام الاختزالي.

ثلاث طرق للنظر إلى الجسيم المركزي

كانت هناك رؤى جديدة حول هيكل وتجميع الجسيم المركزي. في معظم الخلايا الحيوانية ، تنظم الجسيمات المركزية أقطاب المغزل الانقسامي. تتكون الجسيمات المركزية عادة من مريكزات تحتوي على الأنابيب الدقيقة محاطة بكتلة بروتين غير متبلورة تسمى مادة محيط المركز (PCM). باستخدام المؤتلف C. ايليجانس البروتينات توني هيمانأظهرت مجموعة الدراسة أنه حتى في حالة عدم وجود مريكزات تحتوي على الأنابيب الدقيقة ، يمكن للـ PCM أن يتجمع ذاتيًا وينوي الأنبوبات الدقيقة بشكل تلقائي. يمر بروتين السقالة SPD-5 ​​بمرحلة انتقالية ، مكونًا قطيرات شبيهة بالسائل ، والتي يمكنها تجنيد بروتينات PCM أخرى بشكل متسلسل وتركيز ما يكفي من التوبولين غير المبلمر لتكوين نواة النجمية الدقيقة. تيم ستيرنز أظهر أن الأنابيب الدقيقة الثلاثية المركزية مطلوبة للحفاظ على السلامة الهيكلية للمريكزات (Wang و Stearns ، هذا المجلد). الخلايا البشرية التي تفتقر إلى δ-tubulin أو ε-tubulin تشكل مريكزات معيبة بدون الأنابيب الدقيقة الثلاثية العادية ، وتفشل في الخضوع لنضج المريكز ، وتتفكك أثناء الخروج الانقسامي من خلال عملية مثيرة للاهتمام ولكنها لا تزال غامضة. مونيكا بيتنكور دياس تناولت كيفية القضاء على المريكزات في الانقسام الاختزالي الأنثوي بحيث يكون للزايجوت رقم مريكز طبيعي بعد الإخصاب. يوضح عملها أن اختزال الجسيم المركزي يبدأ بقمع نسخ Polo kinase أثناء تكوين البويضات (Nabais et al. ، هذا المجلد). يؤدي فقدان لعبة Polo إلى فقدان PCM ، وهو أمر مطلوب بدوره للحفاظ على المريكزات. عانت سمعة PCM إلى حد ما من خلال الارتباط بالصفة "غير متبلور". قدمت المحادثات الموصوفة أعلاه إعادة تأهيل من نوع ما ، وتسليط الضوء على الدور المركزي لـ PCM في تكامل الجسيم المركزي وفي التنمية.

المغزل هو مركز الكون؟

يجب تنسيق وظيفة المغزل مع العديد من العمليات الخلوية الأخرى ، والتي كانت موضوع العديد من المحادثات. تيم ميتشيسون وصف كيف ، في بيض الضفادع الكبيرة ، تنمو النجمة النجمية الدقيقة من كل قطب مغزل على طول الطريق إلى قشرة الخلية ، وتحدد منطقة التداخل موقع تكوين الأخدود الخلوي (ميتشيسون والحقل ، هذا الحجم). ومن المثير للاهتمام ، في البيض متعدد الحيوانات المنوية ، أن ثلم الانقسام يتشكل فقط بين زهور النجمة من نفس المغزل ، مع وجود الكروماتين بينهما. هنا ، مرة أخرى ، المحركات هي المفتاح. تنقل المحركات مجمع ركاب الكروموسوم (CPC) من الكروموسومات إلى منطقة التداخل النجمي ، وفقط النجمة المتراكبة مع CPC تحدد موقع ثلم الانقسام. وبالتالي ، يمكن للكروموسومات توجيه تموضع الأخدود الخلوي ، حتى على مسافات كبيرة في خلايا البويضة الضخمة. كما أشار بيل إيرنشو المشارك في الاجتماع سابقًا (Earnshaw and Bernat 1991) ، فإن هذه التجارب توضح أن دانيال مازيا ، على الرغم من ذكاءه ، أخطأ عندما قال ، "في الواقع ، الدور في انقسام أذرع الكروموسوم ، التي تحمل معظم الجينات المواد ، يمكن مقارنتها بجثة في جنازة: فهي توفر سبب الإجراءات ولكنها لا تشارك فيها بنشاط "(Mazia 1961).

في نهاية الفصل الكروموسومي في خلايا الميتازوان ، يتم إصلاح الغلاف النووي (NE) حول كتل الكروموسومات الابنة ، ويجب تغليف جميع الكروموسومات لتشكيل نواة واحدة. دانيال جيرليش استخدم شاشة RNAi القائمة على التصوير لتحديد المسوخات التي تشكل نوى متعددة. كشفت الشاشة أن فقدان BAF (الحاجز إلى عامل الاندماج الذاتي) أدى إلى تكوين نوى دقيقة ، وهي نوى إضافية مصغرة تحتوي على كروموسومات واحد أو عدة كروموسومات ويتم ملاحظتها بشكل شائع في السرطان. أظهرت مجموعة مُرضية من التجارب التصويرية والفيزيائية الحيوية أن BAF تشكل قشرة صلبة حول الكروموسومات التي تفك تكثيفها ، وبالتالي تحافظ عليها معًا ككتلة واحدة. ومن المثير للاهتمام ، أن الخصائص الميكانيكية لـ BAF يمكن تنظيمها عن طريق الفسفرة ، مما يضمن استمرار الغلاف الصلب لفترة قصيرة فقط ، حتى إصلاحات منطقة الشرق الأدنى. مختبرنا (ديفيد بيلمانالمختبر) تناول التنسيق بين الفصل الكروموسومي وتجميع NE ، والذي له صلة بفهم خصائص النوى الدقيقة. لقد أظهرنا سابقًا أن الكروموسومات المغلفة في النوى الدقيقة معرضة لتلف الحمض النووي وتفتيت الصبغيات ، وهو نوع من إعادة ترتيب الجينوم على نطاق واسع. يؤدي الاضطراب التلقائي للمغلف النووي الدقيق إلى تلف الحمض النووي (Hatch et al. 2013). وجدنا أن هشاشة النوى الصغيرة يمكن تفسيرها بخلل في تجميع NE. الكروموسومات التي تنفصل عن كتلة الكروموسوم الرئيسية تتأخر داخل المغزل ، حيث تسد الأنابيب الدقيقة للمغزل مكونات NE الرئيسية. تشير البيانات إلى أنه بدلاً من التنسيق الضيق بوساطة نقاط التفتيش بين الفصل الكروموسوم وتجميع NE الذي تم اقتراحه مسبقًا ، لا يوجد سوى تنسيق فضفاض من التوقيت العادي لتفكيك المغزل. قد يفسر عدم وجود ضوابط تنظيمية دقيقة سبب تكرار الأخطاء أثناء الخروج الانقسامي ومصدرًا رئيسيًا لإعادة ترتيب الجينوم الكارثي.

في الآونة الأخيرة ، ثبت أن اضطراب NE (على سبيل المثال ، في النوى الصغيرة) يمكن أن ينشط استجابة فطرية مسببة للالتهابات. تحدث هذه الاستجابة لأن الحمض النووي السيتوبلازمي ، الذي تفسره الخلية على أنه دنا أجنبي ، ينشط مستشعر الحمض النووي السيتوبلازمي cGAS (سينسيز GMP-AMP الدوري). ومع ذلك ، في حالة الانقسام الفتيلي ، يتعرض الحمض النووي الجيني أيضًا للسيتوبلازم ولكنه لا يؤدي إلى إطلاق إشارات مناعية فطرية. باستخدام كليهما Xenopus المستخلصات وخلايا الثدييات المستزرعة ، هيرو فونابيكي أظهر أنه في حين أن الكروماتين الانقسامي يمكن أن يربط cGAS ، فإن وجود النيوكليوسومات يثبط تنشيط cGAS ، مما يوفر تمييزًا أوليًا أوليًا بين الحمض النووي (الكروماتين) والحمض النووي الأجنبي (العاري) (Funabiki وآخرون ، هذا الحجم). ومع ذلك ، في وجود الأدوية التي تطيل الانقسام الفتيلي ، يتم تنشيط cGAS في النهاية ، مما يعزز موت الخلايا المبرمج.

الحياة بعد خلايا هيلا

لقد تعلمنا قدرًا هائلاً عن انقسام الخلايا وبيولوجيا الكروموسوم من خلايا زراعة الأنسجة والكائنات الحية أحادية الخلية. ومع ذلك ، سعى المشاركون في الاجتماع أيضًا إلى فهم تنوع وظائف الخلايا داخل الأنسجة الطبيعية وتطورها. تناول العديد من المتحدثين كيفية تأثير العوامل الخارجية للخلية - مثل بنية الأنسجة في الجسم الحي واتصالات الخلية بالخلية - على الفصل الصبغي وانقسام الخلية. أنجليكا آمون أظهر أن بنية الأنسجة المعقدة ثلاثية الأبعاد (3D) تعزز الفصل الدقيق للكروموسوم واستقرار الجينوم. وذكرت أن تواتر سوء الفصل في الكروموسوم أعلى في مزارع الأنسجة ثنائية الأبعاد منه في مزارع الأنسجة العضوية ثلاثية الأبعاد أو في الأنسجة. من المعروف أن الآليات الخلوية غير المستقلة ، مثل ملامسات الخلية والخلية والتصاق المصفوفة الخلوية ، تؤثر على دقة الفصل الصبغي. لا يزال تشريح الميزات الأخرى للبيئة المكروية الطبيعية للأنسجة ثلاثية الأبعاد التي تعزز دقة الفصل يمثل مشكلة رائعة. إريك نيج أبلغت عن تأثيرات جديدة للجسيم المركزي على بنية الأنسجة (Nigg et al. ، هذا المجلد). وجد أن إحداث الانحرافات الهيكلية المركزية (الإفراط في التعبير عن البرمجة اللغوية العصبية) يعطل البنية الكروية ثلاثية الأبعاد. يحدث هذا الاضطراب لأن الخلايا ذات الانحرافات المركزية تكون صلبة وتضغط على الخلايا المنقسمة خارج الظهارة ، مما يؤثر حتى على تلك الخلايا التي لا تحتوي على تعبير مفرط في البرمجة اللغوية العصبية. تقدم هذه الدراسة مثالًا فيزيائيًا مثيرًا للاهتمام للتأثير غير المستقل للخلية. أخيرا، جان فان دورسين تناولت فرضية عمرها 100 عام من ثيودور بوفيري أن تشوهات الجسيم المركزي يمكن أن تسبب اختلال الصيغة الصبغية وتعزز تكوين الأورام. استعرض العديد من نماذج الفئران التي تم إنشاؤها لاختبار الفرضية وأبرز أننا ما زلنا لا نفهم لماذا تولد بعض النماذج أورامًا والبعض الآخر لا يفعل ذلك. اقترح أن العيوب في فصل الجسيمات المركزية ، والتي تسبب هندسة مغزل غير طبيعية ، يمكن أن تكون سمة مهمة للنماذج الأكثر أورامًا.


أنظر أيضا

الكروماتينية عبارة عن مركب من الحمض النووي والبروتين والحمض النووي الريبي الموجود في الخلايا حقيقية النواة. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تعبئة جزيئات الحمض النووي الطويلة في هياكل أكثر إحكاما وكثافة. هذا يمنع الخيوط من التشابك ويلعب أيضًا أدوارًا مهمة في تعزيز الحمض النووي أثناء انقسام الخلايا ، ومنع تلف الحمض النووي ، وتنظيم التعبير الجيني وتكرار الحمض النووي. أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي ، يسهل الكروماتين الفصل المناسب للكروموسومات في الطور الأول ، وتكون الأشكال المميزة للكروموسومات المرئية خلال هذه المرحلة نتيجة لف الحمض النووي في كروماتين شديد التكثيف.

في علم الأحياء ، هيستون هي بروتينات أساسية للغاية وفيرة في بقايا اللايسين والأرجينين الموجودة في نواة الخلايا حقيقية النواة. وهي بمثابة بكرات يلتف حولها الحمض النووي لإنشاء وحدات هيكلية تسمى الجسيمات النووية. يتم لف النيوكليوسومات بدورها في ألياف 30 نانومتر تشكل كروماتين معبأ بإحكام. تمنع الهيستونات الحمض النووي من التشابك وتحميه من تلف الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك ، تلعب الهستونات أدوارًا مهمة في تنظيم الجينات وتكرار الحمض النووي. بدون الهستونات ، فإن الحمض النووي غير الملفوف في الكروموسومات سيكون طويلًا جدًا. على سبيل المثال ، تحتوي كل خلية بشرية على حوالي 1.8 متر من الحمض النووي إذا امتدت بالكامل ، ولكن عند الجرح حول هيستونات ، يتم تقليل هذا الطول إلى حوالي 90 ميكرومتر (0.09 & # 160 ملم) من ألياف كروماتين قطرها 30 نانومتر.

أ هيستون أوكتامر هو مركب البروتين الثماني الموجود في مركز جسيم نواة النواة. يتكون من نسختين من كل من بروتينات هيستون الأساسية الأربعة. يتجمع الثماني عندما يتجمع رباعي ، يحتوي على نسختين من كل من H3 و H4 ، مع اثنين من ثنائيات H2A / H2B. يحتوي كل هيستون على ذيل N- طرفي وطي هيستون طرفية C. يتفاعل كلا المكونين الرئيسيين مع الحمض النووي بطريقتهما الخاصة من خلال سلسلة من التفاعلات الضعيفة ، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية وجسور الملح. تحافظ هذه التفاعلات على ارتباط الحمض النووي وثوكتامين هيستون بشكل فضفاض وتسمح في النهاية بإعادة وضعهما أو الانفصال كليًا.

المرحلة S. (مرحلة التوليف) هي مرحلة دورة الخلية التي يتم فيها نسخ الحمض النووي ، والتي تحدث بين G1 المرحلة و G2 مرحلة . نظرًا لأن التكرار الدقيق للجينوم أمر بالغ الأهمية لنجاح الانقسام الخلوي ، فإن العمليات التي تحدث خلال المرحلة S يتم تنظيمها بإحكام وحفظها على نطاق واسع.

في علم الأحياء الجزيئي ، SWI / SNF، هي عائلة فرعية من مجمعات إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP ، والتي توجد في حقيقيات النوى. بمعنى آخر ، إنها مجموعة من البروتينات التي ترتبط بإعادة تشكيل الطريقة التي يتم بها تعبئة الحمض النووي. يتكون هذا المركب من عدة بروتينات ومنتجات # 8211 من جينات SWI و SNF ، بالإضافة إلى عديد ببتيدات أخرى. يمتلك نشاط ATPase محفزًا من الحمض النووي والذي يمكن أن يزعزع استقرار تفاعلات هيستون والحمض النووي في النيوكليوزومات المعاد تكوينها بطريقة تعتمد على ATP ، على الرغم من أن الطبيعة الدقيقة لهذا التغيير الهيكلي غير معروفة. توفر الفصيلة الفرعية SWI / SNF إعادة ترتيب جوهرية حاسمة ، والتي يُنظر إليها على أنها طرد و / أو انزلاق. توفر حركة النيوكليوسومات وصولاً أسهل إلى الكروماتين ، مما يسمح بتنشيط الجينات أو قمعها.

ال الملف اللولبي هيكل الكروماتين هو نموذج لهيكل الألياف 30 نانومتر. إنه هيكل كروماتين ثانوي يساعد على تجميع الحمض النووي حقيقي النواة في النواة.

إعادة عرض الكروماتين هو التعديل الديناميكي لمعمارية الكروماتين للسماح بوصول الحمض النووي الجيني المكثف إلى بروتينات آلية النسخ التنظيمي ، وبالتالي التحكم في التعبير الجيني. يتم إجراء إعادة التشكيل هذه بشكل أساسي من خلال 1) تعديلات هيستون التساهمية بواسطة إنزيمات محددة ، على سبيل المثال ، هيستون أسيتيل ترانسفيرازز (HATs) ، ديستيلاسيس ، ميثيل ترانسفيراز ، و كينازات ، و 2) مركبات إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP والتي إما تتحرك أو تقذف أو تعيد هيكلة النيوكليوزومات. إلى جانب التنظيم النشط للتعبير الجيني ، يضفي إعادة التشكيل الديناميكي للكروماتين دورًا تنظيميًا جينيًا في العديد من العمليات البيولوجية الرئيسية ، وتكرار الحمض النووي لخلايا البيض وإصلاح فصل كروموسوم موت الخلايا المبرمج بالإضافة إلى التطوير وتعدد القدرات. وُجد أن الانحرافات في بروتينات إعادة تشكيل الكروماتين مرتبطة بأمراض بشرية ، بما في ذلك السرطان. يتطور استهداف مسارات إعادة تشكيل الكروماتين حاليًا كإستراتيجية علاجية رئيسية في علاج العديد من أنواع السرطان.

هيستون H3.1 هو بروتين في البشر يتم ترميزه بواسطة HIST1H3A الجين.

هيستون H3.1 هو بروتين يتم ترميزه في البشر بواسطة HIST1H3C الجين.

H3K4me3 هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H3. إنها علامة تشير إلى المثيلة الثلاثية في بقايا اللايسين الرابعة لبروتين هيستون H3 وغالبًا ما تشارك في تنظيم التعبير الجيني. يشير الاسم إلى إضافة ثلاث مجموعات ميثيل (تريميثيل) إلى ليسين 4 على بروتين هيستون H3.

H3K27ac هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H3. إنها علامة تشير إلى أستلة بقايا اللايسين في الموضع الطرفي N 27 من بروتين هيستون H3.

H3K9me3 هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H3. إنها علامة تشير إلى المثيلة الثلاثية في بقايا اللايسين التاسعة من بروتين هيستون H3 وغالبًا ما ترتبط بالكروماتين المغاير.

H3K36me3 هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H3. إنها علامة تشير إلى المثيلة الثلاثية في بقايا ليسين رقم 36 لبروتين هيستون H3 وغالبًا ما ترتبط بأجسام الجينات.

H3K79me2 هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H3. إنها علامة تشير إلى ثنائي مثيلة في بقايا ليسين 79 من بروتين هيستون H3. تم الكشف عن H3K79me2 في مناطق نسخ الجينات النشطة.

H4K16ac هو تعديل جيني لبروتين تعبئة الحمض النووي هيستون H4. إنها علامة تشير إلى الأستلة في بقايا اللايسين السادس عشر من بروتين هيستون H4.

H4K5ac هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H4. إنها علامة تشير إلى الأستلة في بقايا اللايسين الخامس لبروتين H4 هيستون. H4K5 هي أقرب بقايا ليسين إلى الذيل الطرفي N من هيستون H4. يتم إثرائه في موقع بدء النسخ (TSS) وعلى طول أجسام الجينات. يتم إثراء أستلة هيستون H4K5 و H4K12ac في السنتروميرات.

H4K12ac هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H4. إنها علامة تشير إلى الأستلة في بقايا اللايسين الثانية عشرة لبروتين H4 هيستون. يشارك H4K12ac في التعلم والذاكرة. من الممكن أن تؤدي استعادة هذا التعديل إلى تقليل التدهور المرتبط بالعمر في الذاكرة.

H3K23ac هو تعديل جيني لبروتين تغليف الحمض النووي هيستون H3. إنها علامة تشير إلى الأستلة في بقايا اللايسين 23 من بروتين هيستون H3.

MNase- تسلسل، باختصار ل مالمكورات الثلجية نيوكلase مع الهضم العميق فيما يليهاuencing ، هي تقنية بيولوجية جزيئية تم استخدامها منذ عام 2008 لقياس إشغال النوكليوسوم في الجينوم البشري. على الرغم من أن المصطلح & # 8216MNase-seq & # 8217 لم يتم صياغته إلا بعد عام ، في عام 2009. باختصار ، تعتمد هذه التقنية على استخدام نوكلياز نوكلياز داخلي مجهري غير محدد ، وهو إنزيم مشتق من البكتيريا المكورات العنقودية الذهبية، لربط وتقسيم مناطق الحمض النووي غير المرتبطة بالبروتين على الكروماتين. قد يظل الحمض النووي المرتبط بالهيستونات أو البروتينات الأخرى المرتبطة بالكروماتين غير مهضوم. ثم يتم تنقية الحمض النووي غير المقطوع من البروتينات وتسلسله من خلال واحد أو أكثر من طرق تسلسل الجيل التالي المختلفة.

H3K36me هو تعديل جيني لبروتين تعبئة الحمض النووي هيستون H3 ، وتحديداً ، مثيلة أحادية في بقايا ليسين 36 من بروتين هيستون H3.


شاهد الفيديو: Praktična žena - Jezičke nedoumice (كانون الثاني 2023).