کمپلکسهای بازسازیکننده کروماتین وابسته به ATP
کمپلکسهای بازسازیکننده کروماتین وابسته به ATP، ماشینهای مولکولی هستند که از انرژی هیدرولیز ATP برای جابجایی، بازسازی یا حذف نوکلئوزومها استفاده میکنند. با جابجایی نوکلئوزومها از روی یا به روی DNA تنظیمی، آنها کنترل میکنند که کدام بخشهای ژنوم قابل دسترس باشند و بدین ترتیب به تنظیمکنندههای اصلی رونویسی، همانندسازی و ترمیم DNA تبدیل میشوند.
Definition
کمپلکسهای بازسازیکننده کروماتین وابسته به ATP، آنزیمهای چند زیرواحدی هستند که حاوی یک ATPase از خانواده SNF2 میباشند که ATP را هیدرولیز کرده تا نوکلئوزومها را بلغزانند، حذف کنند یا به طرق دیگر بازسازی کنند و بدین ترتیب دسترسی به DNA زیرین را تغییر دهند.
Scope
این موضوع خانوادههای بازسازیکنندههای وابسته به ATP، مکانیسم کاتالیزوری مشترکی که توسط آن DNA را روی نوکلئوزوم جابجا میکنند، و پیامدهای عملکردی بازسازی مانند لغزش نوکلئوزوم، حذف و تبادل واریانتهای هیستون را پوشش میدهد. این موضوع بازسازی را به عنوان یک مبحث ساختاری و تنظیمی در زیستشناسی کروماتین بررسی میکند و راهنمای بالینی نیست.
Core questions
- کمپلکسهای بازسازیکننده چگونه از ATP برای جابجایی نوکلئوزومها در طول DNA استفاده میکنند؟
- چه چیزی خانوادههای اصلی بازسازیکننده و نقشهای عملکردی آنها را متمایز میکند؟
- بازسازی چگونه مناطق تنظیمی را برای کنترل عملکرد ژنوم باز یا بسته میکند؟
Key concepts
- موتور ATPase خانواده SNF2
- خانوادههای SWI/SNF، ISWI، CHD و INO80
- لغزش نوکلئوزوم
- حذف و فاصلهگذاری نوکلئوزوم
- تبادل واریانت هیستون
- جابجایی DNA
Key theories
- مدل جابجایی DNA در بازسازی نوکلئوزوم
- بازسازیکنندهها به عنوان ترانسلوکازهای DNA عمل میکنند: ATPase خانواده SNF2 در داخل نوکلئوزوم متصل میشود و DNA را در اطراف اکتامر هیستون پمپ میکند و حلقهها یا پیچشهایی ایجاد میکند که برای جابجایی نوکلئوزوم منتشر میشوند، مکانیسمی که توسط Clapier و همکاران در بین خانوادههای بازسازیکننده سنتز شده است.
Mechanisms
همه بازسازیکنندههای وابسته به ATP یک ATPase از خانواده SNF2 را به اشتراک میگذارند که به عنوان یک DNA ترانسلوکاز عمل میکند. این موتور با DNA نوکلئوزومی، معمولاً در فاصله ثابتی از دایاد، درگیر میشود و از چرخههای اتصال و هیدرولیز ATP برای کشیدن DNA به داخل استفاده میکند و یک برآمدگی یا پیچش گذرا ایجاد میکند که در اطراف اکتامر حرکت کرده و موقعیت نوکلئوزوم را تغییر میدهد. خانوادههای مختلف این موتور مشترک را به نتایج متمایزی پیوند میدهند: بازسازیکنندههای نوع SWI/SNF تمایل دارند با لغزش یا حذف نوکلئوزومها، DNA را آشکار کنند؛ بازسازیکنندههای نوع ISWI و CHD آرایههای نوکلئوزومی منظم را فاصله میدهند و مونتاژ میکنند؛ و بازسازیکنندههای نوع INO80 واریانتهای هیستون را مبادله کرده و نوکلئوزومها را جابجا میکنند. زیرواحدهای جانبی کمپلکسها را به جایگاههای خاص هدف قرار میدهند و به تغییرات هیستون پاسخ میدهند، و بازسازی را با سیگنالهای رونویسی و با نیازهای کروماتین در همانندسازی و ترمیم یکپارچه میکنند.
Clinical relevance
زیرواحدهای کمپلکسهای بازسازیکننده کروماتین، به ویژه از خانواده SWI/SNF، به طور مکرر در سرطانها تغییر مییابند و نقصهای بازسازیکننده در اختلالات رشدی مورد مطالعه قرار میگیرند که نشاندهنده اهمیت دسترسی تنظیمشده نوکلئوزوم است. این مدخل مکانیسم مولکولی و زمینه تحقیقاتی را خلاصه میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.
History
فعالیت بازسازی وابسته به ATP در دهه 1990 از طریق کارهای ژنتیکی و بیوشیمیایی بر روی کمپلکس SWI/SNF مخمر شناسایی شد که نشان داده شد ساختار نوکلئوزوم را به روشی وابسته به انرژی تغییر میدهد. توصیف بعدی خانوادههای ISWI، CHD و INO80 یک موتور مشترک از خانواده SNF2 و تنوعی از نقشهای بیولوژیکی را آشکار کرد، و بررسیهای Clapier و Cairns این موارد را در یک چارچوب مکانیکی یکپارچه ادغام کردند.
Key figures
- Bradley Cairns
- Cedric Clapier
- Craig Peterson
- Genevieve Almouzni
Related topics
Seminal works
- clapier-2009
- clapier-2017
Frequently asked questions
- یک بازسازیکننده کروماتین وابسته به ATP چه کاری انجام میدهد؟
- این کمپلکس از انرژی حاصل از هیدرولیز ATP برای جابجایی، بازسازی یا حذف نوکلئوزومها استفاده میکند و بدین ترتیب بخشهای آشکار DNA را تغییر میدهد تا ماشینآلات ژنوم بتوانند به مناطق خاصی دسترسی پیدا کنند یا از آنها مسدود شوند.
- بازسازیکنندههای کروماتین چه تفاوتی با آنزیمهای تغییردهنده هیستون دارند؟
- بازسازیکنندهها نوکلئوزومها را با استفاده از ATP به صورت فیزیکی جابجا یا بازسازی میکنند، در حالی که آنزیمهای تغییردهنده هیستون نشانههای شیمیایی را روی هیستونها اضافه یا حذف میکنند؛ این دو با هم همکاری میکنند اما از طریق مکانیسمهای متفاوتی عمل میکنند.