تركيب الكروموسوم وتعبئة الحمض النووي (DNA)

يشرح تركيب الكروموسوم وتعبئة الحمض النووي (DNA) كيف يتم ضغط جزيئات الحمض النووي الطويلة للجينوم وتنظيمها وإتاحة الوصول إليها داخل النواة. تبدأ التعبئة بلف الحمض النووي حول بروتينات الهيستون لتشكيل النيوكليوسومات وتستمر من خلال مستويات أعلى من الطي لتشكيل الكروماتين، وعند انقسام الخلية، الكروموسومات المكثفة.

Definition

تعبئة الكروموسوم هي التنظيم الهرمي للحمض النووي الجينومي مع البروتينات، بدءًا من النيوكليوسومات (الحمض النووي الملفوف حول ثمانيات الهيستون) وتمتد إلى ألياف الكروماتين المدمجة والكروموسومات المكثفة، والتي تتناسب معًا لتوضع الجينوم داخل النواة مع تنظيم الوصول إلى الحمض النووي.

Scope

يغطي هذا المدخل النيوكليوسوم كوحدة متكررة للكروماتين، وبروتينات الهيستون وثماني الهيستون، وهيستونات الوصلة والطي من الرتب العليا، والتمييز بين حالات الكروماتين الأكثر والأقل كثافة، والطي الجينومي واسع النطاق داخل النواة. إنه موضوع مرجعي هيكلي ولا يقدم إرشادات سريرية.

Key concepts

• النيوكليوسوم (الوحدة المتكررة للكروماتين)
• ثماني الهيستون (H2A, H2B, H3, H4)
• هيستون الوصلة H1
• ألياف الكروماتين والطي من الرتب العليا
• الكروماتين الحقيقي والكروماتين المغاير
• النطاقات المرتبطة طوبولوجياً
• تكثف الكروموسوم الانقسامي

Mechanisms

الوحدة الأساسية للتعبئة هي النيوكليوسوم، حيث يلتف حوالي 147 زوجًا قاعديًا من الحمض النووي مرتين تقريبًا حول ثماني أساسي يتكون من نسختين من كل من الهيستونات H2A و H2B و H3 و H4؛ وقد تم تحديد هذا الترتيب المتكرر الذي يشبه الخرز على خيط بواسطة كورنبرغ وتم تصويره بواسطة أولينز وأولينز. يرتبط هيستون وصلة (H1) حيث يدخل الحمض النووي ويخرج من النيوكليوسوم ويعزز الطي في ألياف كروماتين أكثر كثافة. تنظم المستويات المتتالية من الطي وتشكيل الحلقات الكروماتين في نطاقات، وتكشف طرق تشكيل الكروموسوم مثل Hi-C أن الجينومات في الطور البيني مقسمة إلى نطاقات ومقاطع طوبولوجية ذاتية التفاعل. تختلف درجة الضغط بين الكروماتين النشط نسخياً والأكثر انفتاحاً والكروماتين المكثف والمكبوت عموماً، ويتم تكثيف الجينوم بأكمله إلى أقصى حد في كروموسومات منفصلة أثناء الانقسام المتساوي للسماح بالفصل الدقيق.

Clinical relevance

يؤثر كيفية تعبئة الحمض النووي على الجينات التي يمكن الوصول إليها وكيفية وراثة الجينومات بشكل مستقر، ويعد تنظيم الكروماتين موضوعًا رئيسيًا في الطب الجزيئي وعلم الأحياء التنموي. يصف المدخل التركيب كمرجع وليس أساسًا للقرارات السريرية الفردية.

History

في أوائل السبعينيات، تلاقت أنماط الهضم الكيميائي الحيوي وصور المجهر الإلكتروني على نموذج النيوكليوسوم، الذي صاغه كورنبرغ في عام 1974 وتم تصويره كوحدات كروية متكررة بواسطة أولينز وأولينز في نفس العام. وصفت الأعمال اللاحقة هيستونات الوصلة والطي من الرتب العليا، ومنذ عام 2009 بدأت طرق التقاط تشكيل الكروموسوم في رسم خرائط لكيفية طي الجينومات بأكملها في ثلاثة أبعاد.

Key figures

• Roger Kornberg
• Ada Olins
• Donald Olins
• Tom Misteli

Seminal works

• kornberg-1974
• olins-olins-1974
• lieberman-aiden-2009

Frequently asked questions

ما هو النيوكليوسوم؟

النيوكليوسوم هو الوحدة الأساسية المتكررة للكروماتين: جزء من الحمض النووي ملفوف حول نواة من ثمانية بروتينات هيستون. تتجمع سلاسل النيوكليوسومات لتشكل ألياف كروماتين أكثر كثافة.

لماذا يحتاج الحمض النووي إلى التعبئة على الإطلاق؟

يبلغ طول الحمض النووي في خلية بشرية واحدة حوالي مترين ويجب أن يتناسب داخل نواة مجهرية؛ تعمل التعبئة على ضغطه وحمايته وتنظيمه بحيث يمكن الوصول إلى الجينات الصحيحة عند الحاجة.