الكروماتين والتنظيم اللاجيني

كيف تتحكم الحمض النووي (DNA) المعبأ مع الهستونات في الكروماتين، والعلامات الكيميائية الموضوعة عليه، في إمكانية الوصول إلى الجينات وتمرير الحالات التنظيمية إلى الخلايا الوليدة.

Definition

الكروماتين هو مركب الحمض النووي (DNA) مع بروتينات الهستون وغير الهستون التي تعبئ الجينوم؛ التنظيم اللاجيني هو التحكم في نشاط الجينات من خلال تعديلات الكروماتين ومثيلة الحمض النووي (DNA methylation) التي يمكن أن تنتشر عبر انقسام الخلية دون تغيير تسلسل الحمض النووي.

Scope

يغطي هذا الموضوع بنية الكروماتين ودوره في التنظيم: النيوكليوسومات والتعبئة ذات الترتيب الأعلى، تعديلات الهستون ومتغيراته، إعادة تشكيل الكروماتين، مثيلة الحمض النووي (DNA methylation)، ومفهوم الوراثة اللاجينية. ويتناول كيفية تحكم حالة الكروماتين في التعبير الجيني؛ وتُغطى العوامل الخاصة بالتسلسل التي تستقطب هذه الأنشطة ضمن التحكم النسخي حقيقي النواة.

Core questions

• كيف يتم تعبئة الحمض النووي (DNA) في النيوكليوسومات والكروماتين ذي الترتيب الأعلى؟
• كيف تؤثر تعديلات الهستون ومتغيراته على التعبير الجيني؟
• ماذا تفعل مثيلة الحمض النووي (DNA methylation)، وكيف يتم الحفاظ عليها؟
• ما الذي يجعل الحالة التنظيمية قابلة للتوريث لاجينيًا؟

Key theories

النيوكليوسوم كوحدة تنظيمية للجينوم

يلتف الحمض النووي (DNA) حول ثمانيات الهستون لتشكيل النيوكليوسومات، ويحدد موضع النيوكليوسومات وتعديلها مدى سهولة وصول آليات النسخ إلى الحمض النووي الأساسي.

حالات الكروماتين القابلة للتوريث

يمكن نسخ أنماط تعديل الهستون ومثيلة الحمض النووي (DNA methylation) أثناء التضاعف، مما يسمح للخلية بنقل حالة تعبير جيني نشطة أو صامتة إلى نسلها دون تغيير تسلسل الحمض النووي.

Mechanisms

يلتف الحمض النووي (DNA) حول ثمانيات الهستون لتشكيل النيوكليوسومات، والتي تلتف بدورها لتكوين ألياف أكثر إحكامًا. تضيف الإنزيمات أو تزيل العلامات الكيميائية على ذيول الهستون، وتقوم مُعدِّلات الكروماتين المعتمدة على ATP بتحريك أو إزالة النيوكليوسومات، مما يجعل الحمض النووي الموضعي أكثر أو أقل سهولة في الوصول إليه. تضيف إنزيمات مثيلة الحمض النووي (DNA methyltransferases) مجموعات الميثيل إلى السيتوزينات، وغالبًا ما ترتبط بإسكات الجينات، وتنسخ مثيلة الصيانة هذه العلامات بعد التضاعف. تتعرف البروتينات القارئة على علامات محددة وتستقطب أنشطة إضافية، لذا فإن مجموعات التعديلات تحدد الكروماتين النشط، أو الجاهز، أو الصامت الذي يمكن أن يستمر عبر الانقسامات.

Clinical relevance

تعد المثيلة الشاذة للحمض النووي (DNA methylation) وتعديل الهستون من السمات المميزة للسرطانات واضطرابات البصمة الجينية، وتعد الإنزيمات المعدلة للكروماتين أهدافًا للعلاجات اللاجينية؛ تُقدم هذه المعلومات كأهمية وليست إرشادات سريرية.

History

ظهر نموذج النيوكليوسوم في السبعينيات، وأدى الاكتشاف اللاحق للإنزيمات المعدلة للهستون، ومُعدِّلات الكروماتين، والدور التنظيمي لمثيلة الحمض النووي (DNA methylation) إلى ترسيخ التحكم اللاجيني كطبقة رئيسية من تنظيم الجينات في البيولوجيا الجزيئية الحديثة.

Key figures

• Roger Kornberg
• C. David Allis

Seminal works

• alberts2014
• watson2013

Frequently asked questions

ماذا يعني مصطلح 'لاجيني'؟

يشير إلى التغيرات الموروثة في نشاط الجينات الناتجة عن علامات الكروماتين أو مثيلة الحمض النووي (DNA methylation) بدلاً من التغيرات في تسلسل الحمض النووي نفسه.

كيف يؤثر الكروماتين على ما إذا كان الجين يتم التعبير عنه؟

يحافظ الكروماتين المعبأ بإحكام أو الموسوم بشكل كابت على الحمض النووي غير قابل للوصول ويوقف الجينات، بينما يسمح الكروماتين المفتوح والمنشط لآليات النسخ بالوصول إلى الجين والتعبير عنه.