ساختار کروموزوم و بسته‌بندی DNA

ساختار کروموزوم و بسته‌بندی DNA توضیح می‌دهد که چگونه مولکول‌های بلند DNA یک ژنوم فشرده، سازمان‌دهی شده و در داخل هسته قابل دسترس می‌شوند. بسته‌بندی با پیچیده شدن DNA به دور پروتئین‌های هیستون برای تشکیل نوکلئوزوم‌ها آغاز می‌شود و از طریق سطوح بالاتر تاخوردگی به کروماتین و در تقسیم سلولی، کروموزوم‌های فشرده ادامه می‌یابد.

Definition

بسته‌بندی کروموزوم، سازمان‌دهی سلسله‌مراتبی DNA ژنومی با پروتئین‌ها است که با نوکلئوزوم‌ها (DNA پیچیده شده به دور اکتامرهای هیستون) آغاز می‌شود و تا رشته‌های کروماتین فشرده و کروموزوم‌های متراکم گسترش می‌یابد، که همگی با هم یک ژنوم را در هسته جای می‌دهند و در عین حال دسترسی به DNA را تنظیم می‌کنند.

Scope

این مدخل به نوکلئوزوم به عنوان واحد تکرار شونده کروماتین، پروتئین‌های هیستون و اکتامر هیستون، هیستون‌های رابط و تاخوردگی‌های مرتبه بالاتر، تمایز بین حالت‌های فشرده‌تر و کمتر فشرده کروماتین، و تاخوردگی ژنوم در مقیاس بزرگ در داخل هسته می‌پردازد. این یک موضوع مرجع ساختاری است و راهنمایی بالینی ارائه نمی‌دهد.

Key concepts

• نوکلئوزوم (واحد تکرار شونده کروماتین)
• اکتامر هیستون (H2A, H2B, H3, H4)
• هیستون رابط H1
• رشته کروماتین و تاخوردگی‌های مرتبه بالاتر
• یوکروماتین و هتروکروماتین
• دامنه‌های مرتبط‌کننده توپولوژیکی
• تراکم کروموزوم میتوزی

Mechanisms

واحد بسته‌بندی بنیادی نوکلئوزوم است که در آن حدود ۱۴۷ جفت باز DNA تقریباً دو بار به دور یک اکتامر هسته‌ای متشکل از دو نسخه از هر یک از هیستون‌های H2A، H2B، H3 و H4 می‌پیچد؛ این آرایش تکرار شونده «مهره روی نخ» توسط کورنبرگ شناسایی و توسط اولینز و اولینز مشاهده شد. یک هیستون رابط (H1) در جایی که DNA وارد و خارج نوکلئوزوم می‌شود، متصل شده و تاخوردگی را به یک رشته کروماتین فشرده‌تر ترویج می‌کند. سطوح متوالی تاخوردگی و تشکیل حلقه، کروماتین را به دامنه‌ها سازمان‌دهی می‌کنند، و روش‌های بررسی ساختار کروموزوم مانند Hi-C نشان می‌دهند که ژنوم‌های اینترفاز به دامنه‌ها و بخش‌های توپولوژیکی خودتعاملی تقسیم می‌شوند. درجه فشردگی بین کروماتین فعال رونویسی، بازتر، و کروماتین فشرده، که عموماً سرکوب شده است، متفاوت است، و کل ژنوم در طول میتوز به حداکثر میزان خود به کروموزوم‌های مجزا فشرده می‌شود تا امکان تفکیک دقیق فراهم شود.

Clinical relevance

نحوه بسته‌بندی DNA بر دسترسی به ژن‌ها و نحوه وراثت پایدار ژنوم‌ها تأثیر می‌گذارد، و سازمان‌دهی کروماتین یک موضوع اصلی در پزشکی مولکولی و زیست‌شناسی تکوینی است. این مدخل ساختار را برای مرجع توصیف می‌کند و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های بالینی فردی نیست.

History

در اوایل دهه ۱۹۷۰، الگوهای هضم بیوشیمیایی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی بر مدل نوکلئوزوم همگرا شدند، که توسط کورنبرگ در سال ۱۹۷۴ بیان شد و در همان سال توسط اولینز و اولینز به عنوان واحدهای کروی تکرار شونده مشاهده شد. کارهای بعدی هیستون‌های رابط و تاخوردگی‌های مرتبه بالاتر را مشخص کردند، و از سال ۲۰۰۹ روش‌های ثبت ساختار کروموزوم شروع به نقشه‌برداری از نحوه تاخوردگی کل ژنوم‌ها در سه بعد کردند.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

نوکلئوزوم چیست؟

نوکلئوزوم واحد تکرار شونده اساسی کروماتین است: قطعه‌ای از DNA که به دور هسته‌ای از هشت پروتئین هیستون پیچیده شده است. رشته‌هایی از نوکلئوزوم‌ها به رشته‌های کروماتین فشرده‌تر تا می‌خورند.

چرا DNA اصلاً نیاز به بسته‌بندی دارد؟

DNA در یک سلول انسانی حدود دو متر طول دارد و باید در داخل یک هسته میکروسکوپی جای گیرد؛ بسته‌بندی آن را فشرده، محافظت و سازمان‌دهی می‌کند تا ژن‌های صحیح در صورت نیاز قابل دسترسی باشند.