الكروماتين والوراثة اللاجينية

تحدد العلامات الكيميائية على الحمض النووي (DNA) وعلى بروتينات الهيستون التي تغلفه ما إذا كان الجين متاحًا أم صامتًا، وبما أن هذه العلامات يمكن نسخها عبر انقسام الخلية، فإنها تسمح بتوريث حالات التعبير الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي.

Definition

الوراثة اللاجينية القائمة على الكروماتين هي انتقال حالات التعبير الجيني عبر مثيلة الحمض النووي وتعديلات الهيستون التي تغير إمكانية الوصول إلى الكروماتين ويتم نسخها أثناء انقسام الخلية، دون أي تغيير في تسلسل الحمض النووي.

Scope

يغطي هذا الموضوع مثيلة الحمض النووي (DNA methylation) ودورها في الإسكات المستقر، والتعديل التساهمي لذيل الهيستون والكروماتين المفتوح أو المغلق الناتج، وإعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP، وانتشار حالات الكروماتين عبر تضاعف الحمض النووي، ومفهوم الوراثة اللاجينية عبر أجيال الخلايا والكائنات الحية. ويتناول التنظيم الوراثي القائم على الكروماتين؛ بينما تُغطى آليات التحكم الخاصة بالتسلسل وتلك التي تتوسطها الحمض النووي الريبوزي (RNA) في المواضيع المجاورة.

Core questions

• كيف تعمل مثيلة الحمض النووي على إسكات الجينات وتبقى مستقرة عبر التضاعف؟
• كيف تفتح تعديلات الهيستون أو تغلق الكروماتين للتحكم في الوصول إلى الجينات؟
• كيف تعيد مركبات إعادة تشكيل الكروماتين تموضع النيوكليوسومات؟
• كيف تُنسخ حالات الكروماتين بحيث تُورث أنماط التعبير الجيني؟

Key concepts

• مثيلة الحمض النووي وإسكات الجينات
• تعديلات الهيستون ورمز الهيستون
• الكروماتين الحقيقي المفتوح مقابل الكروماتين المغاير المغلق
• إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP
• وراثة حالات الكروماتين

Mechanisms

تجذب مجموعات الميثيل المضافة إلى السيتوزينات ومجموعة متنوعة من العلامات الكيميائية على ذيول الهيستون بروتينات إما أن تضغط الكروماتين في كروماتين مغاير (heterochromatin) صامت أو تبقيه مفتوحًا ونشطًا؛ وتقوم مركبات إعادة التشكيل بتحريك أو إزالة النيوكليوسومات لكشف التسلسلات التنظيمية، وتقوم إنزيمات الصيانة بإعادة تثبيت علامات المثيلة والهيستون على الحمض النووي المتضاعف حديثًا بحيث تستمر الحالة في الخلايا الوليدة.

Clinical relevance

تُعد مثيلة الحمض النووي الشاذة وتعديل الهيستون من السمات المميزة للسرطان والعديد من المتلازمات التنموية، وتُستخدم العلامات اللاجينية كمؤشرات حيوية، وتُستخدم الأدوية التي تستهدف إنزيمات المثيلة وتعديل الهيستون في علم الأورام؛ ويُعرض هذا المجال هنا للفهم وليس للإرشاد السريري.

History

قدم وادينغتون مصطلح اللاجينات (epigenetics) في الأربعينيات لوصف كيفية نشوء النمط الظاهري من النمط الجيني؛ وبدأ العصر الجزيئي بالتعرف على مثيلة الحمض النووي كعلامة إسكات وتسارع مع اكتشاف إنزيمات تعديل الهيستون حوالي عام 2000، مما أرسى الكروماتين كطبقة وراثية من التنظيم.

Debates

الوراثة اللاجينية عبر الأجيال في الثدييات

لا يزال الجدل قائمًا حول ما إذا كانت العلامات اللاجينية يمكن أن تنتقل عبر الأجيال في الثدييات لتؤثر على الأنماط الظاهرية للنسل، لأن معظم العلامات تُعاد ضبطها في الخلايا الجرثومية والأدلة الواضحة في البشر محدودة، على الرغم من أن هذه الوراثة موثقة جيدًا في النباتات وبعض الحيوانات.

Key figures

• Conrad Waddington
• C. David Allis
• Adrian Bird

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

كيف يمكن أن يُورث التعبير الجيني دون تغيير الحمض النووي؟

توجد علامات مثل مثيلة الحمض النووي وتعديلات الهيستون فوق الحمض النووي وبروتينات تغليفه؛ وتقوم إنزيمات متخصصة بنسخ هذه العلامات على الحمض النووي الجديد بعد التضاعف، بحيث ترث الخلايا الوليدة نفس حالة التشغيل أو الإيقاف لكل جين.

ما الفرق بين الكروماتين الحقيقي والكروماتين المغاير؟

الكروماتين الحقيقي (euchromatin) يكون مفككًا بشكل عام ويمكن الوصول إليه بواسطة آليات النسخ، لذا يمكن التعبير عن جيناته، بينما الكروماتين المغاير (heterochromatin) يكون مضغوطًا بكثافة ويُسكت عادةً؛ وتساعد العلامات اللاجينية في تحديد المناطق التي تتخذ أي حالة.