النيوكليوسوم وثماني الهيستون
النيوكليوسوم هو الوحدة المتكررة الأساسية للكروماتين: جزء قصير من الحمض النووي (DNA) ملفوف مرتين تقريبًا حول نواة مكونة من ثمانية بروتينات هيستون، وهي ثماني الهيستون. تعمل هذه الجسيمات على تكثيف الجينوم وتشكيل الطبقة الأولى من التنظيم التي تحدد مدى إمكانية الوصول إلى تسلسلات الحمض النووي. وهو نقطة الانطلاق الهيكلية لفهم بيولوجيا الكروماتين بأكملها.
Definition
النيوكليوسوم هو الوحدة الأساسية للكروماتين، ويتكون من حوالي 147 زوجًا قاعديًا من الحمض النووي ملفوفًا حول ثماني الهيستون المكون من نسختين من كل من الهيستونات الأساسية H2A و H2B و H3 و H4.
Scope
يغطي هذا الموضوع تركيب وبنية جسيم النيوكليوسوم الأساسي وثماني الهيستون الذي يقع في مركزه. ويتناول الهيستونات الأساسية، ومسار الحمض النووي حول ثماني الهيستون، ودور ذيول الهيستون، وكيف ترتبط هذه الوحدة الأساسية بإمكانية الوصول إلى الجينوم وتعبئته بترتيب أعلى. هذا المدخل هو مرجع حول التركيب الجزيئي وليس إرشادات سريرية.
Core questions
- ما هي البروتينات التي يتكون منها ثماني الهيستون وكيف يتم ترتيب الحمض النووي حوله؟
- كيف يؤدي لف الحمض النووي في النيوكليوسومات إلى تكثيف الجينوم وتقييد الوصول إليه في آن واحد؟
- كيف تربط ذيول الهيستون الممتدة من ثماني الهيستون البنية بالتنظيم؟
Key concepts
- الهيستونات الأساسية (H2A, H2B, H3, H4)
- ثماني الهيستون
- جسيم النيوكليوسوم الأساسي (~147 زوجًا قاعديًا)
- ذيول الهيستون
- الحمض النووي الرابط وهيستون الرابط H1
- لف الحمض النووي واللفات الحلزونية الفائقة
Key theories
- وحدة النيوكليوسوم المتكررة للكروماتين
- اقترح كورنبرغ أن الكروماتين مبني من وحدة متكررة منتظمة من الهيستونات والحمض النووي؛ وقد حددت هذه الرؤية النيوكليوسوم كجسيم أساسي لتعبئة الجينوم وتم تأكيدها لاحقًا بدقة ذرية.
Mechanisms
يتجمع ثماني الهيستون من رباعي H3-H4 محاط باثنين من ثنائيات H2A-H2B. يلتف حوالي 147 زوجًا قاعديًا من الحمض النووي حوالي 1.65 لفة حلزونية فائقة يسارية حول هذا اللب البروتيني، مع نقاط اتصال على فترات منتظمة على طول الأخدود الثانوي للحمض النووي. أظهر التركيب البلوري الذي حله لوغر وزملاؤه المواقع الدقيقة لهذه الاتصالات ومسار ذيول الهيستون المرنة الطرفية N، والتي تبرز من الجسيم وتعمل كمواقع للتعديل الكيميائي. يربط الحمض النووي الرابط النيوكليوسومات المتجاورة، ويرتبط هيستون الرابط H1 عند نقاط الدخول والخروج لتثبيت الطي ذي الترتيب الأعلى. نظرًا لأن الحمض النووي المرتبط بسطح ثماني الهيستون يكون محجوبًا جزئيًا، فإن تكوين النيوكليوسوم يحد بطبيعته من الوصول إلى التسلسلات التنظيمية، ويعد زعزعة استقرار النيوكليوسومات أو إعادة تموضعها مسارًا أساسيًا لتغيير نشاط الجينات.
Clinical relevance
النيوكليوسوم هو الركيزة التي تعمل عليها تعديلات الكروماتين وإعادة تشكيله، لذا فإن تركيبه واستقراره أساسيان لفهم التنظيم اللاجيني الذي يُدرس في التطور والمرض. التغيرات مثل متغيرات الهيستون وعدم استقرار النيوكليوسوم هي مجالات بحث نشطة. يصف هذا المدخل التركيب الجزيئي وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج.
History
قبل منتصف السبعينيات، كان تنظيم الحمض النووي مع الهيستونات غير واضح. اقترح كورنبرغ في عام 1974 نموذج النيوكليوسوم كوحدة متكررة من الهيستون والحمض النووي. على مدى العقدين التاليين، حسّنت الدراسات البيوكيميائية والتركيبية الصورة، وبلغت ذروتها في عام 1997 بالتركيب البلوري عالي الدقة لجسيم النيوكليوسوم الأساسي، والذي قدم رؤية ذرية لكيفية تفاعل الحمض النووي وثماني الهيستون.
Key figures
- Roger Kornberg
- Karolin Luger
- Timothy Richmond
- Steven Henikoff
Related topics
Seminal works
- kornberg-1974
- luger-1997
Frequently asked questions
- كم عدد الهيستونات في نواة النيوكليوسوم؟
- ثمانية: نسختان من كل من الهيستونات الأساسية الأربعة H2A و H2B و H3 و H4، والتي تشكل معًا ثماني الهيستون الذي يلتف حوله الحمض النووي.
- كم كمية الحمض النووي الملفوفة حول نيوكليوسوم واحد؟
- يلتف حوالي 147 زوجًا قاعديًا من الحمض النووي حوالي 1.65 لفة حول ثماني الهيستون في جسيم النيوكليوسوم الأساسي، مع وجود حمض نووي رابط إضافي يربط نيوكليوسومًا بآخر.