کروماتین و تنظیم اپی‌ژنتیک

چگونگی بسته‌بندی DNA با هیستون‌ها در کروماتین و نشانه‌های شیمیایی قرار گرفته بر روی آن، دسترسی به ژن را کنترل کرده و وضعیت‌های تنظیمی را به سلول‌های دختری منتقل می‌کند.

Definition

کروماتین مجموعه‌ای از DNA با پروتئین‌های هیستونی و غیرهیستونی است که ژنوم را بسته‌بندی می‌کند؛ تنظیم اپی‌ژنتیک کنترل فعالیت ژن از طریق تغییرات کروماتین و متیلاسیون DNA است که می‌تواند از طریق تقسیم سلولی بدون تغییر توالی DNA تکثیر شود.

Scope

این موضوع ساختار کروماتین و نقش آن در تنظیم را پوشش می‌دهد: نوکلئوزوم‌ها و بسته‌بندی مرتبه بالاتر، تغییرات و واریانت‌های هیستون، بازآرایی کروماتین، متیلاسیون DNA، و مفهوم وراثت اپی‌ژنتیک. این بخش به چگونگی دروازه‌بانی حالت کروماتین برای بیان ژن‌ها می‌پردازد؛ عوامل توالی-خاصی که این فعالیت‌ها را به کار می‌گیرند، تحت عنوان کنترل رونویسی یوکاریوتی پوشش داده می‌شوند.

Core questions

• DNA چگونه در نوکلئوزوم‌ها و کروماتین مرتبه بالاتر بسته‌بندی می‌شود؟
• تغییرات و واریانت‌های هیستون چگونه بر بیان ژن تأثیر می‌گذارند؟
• متیلاسیون DNA چه کاری انجام می‌دهد و چگونه حفظ می‌شود؟
• چه چیزی یک وضعیت تنظیمی را از نظر اپی‌ژنتیکی قابل وراثت می‌کند؟

Key theories

نوکلئوزوم به عنوان واحد تنظیمی ژنوم

DNA به دور اکتامر هیستون می‌پیچد تا نوکلئوزوم‌ها را تشکیل دهد، و موقعیت‌یابی و تغییر نوکلئوزوم‌ها تعیین می‌کند که DNA زیرین چقدر برای ماشین رونویسی قابل دسترس است.

حالت‌های کروماتین قابل وراثت

الگوهای تغییر هیستون و متیلاسیون DNA می‌توانند در طول همانندسازی کپی شوند، که به سلول اجازه می‌دهد یک وضعیت بیان ژن فعال یا خاموش را بدون تغییر توالی DNA به نسل‌های بعدی خود منتقل کند.

Mechanisms

DNA به دور اکتامر هیستون می‌پیچد تا نوکلئوزوم‌ها را تشکیل دهد، که به فیبرهای فشرده‌تر تا می‌شوند. آنزیم‌ها نشانه‌های شیمیایی را بر روی دم هیستون‌ها اضافه یا حذف می‌کنند، و بازآراینده‌های وابسته به ATP نوکلئوزوم‌ها را می‌لغزانند یا حذف می‌کنند، که مجموعاً DNA محلی را کم و بیش در دسترس قرار می‌دهند. DNA متیل‌ترانسفرازها گروه‌های متیل را به سیتوزین‌ها اضافه می‌کنند، که اغلب با خاموش شدن ژن مرتبط است، و متیلاسیون نگهداری این نشانه‌ها را پس از همانندسازی کپی می‌کند. پروتئین‌های خواننده نشانه‌های خاص را شناسایی کرده و فعالیت‌های بیشتری را به کار می‌گیرند، بنابراین ترکیبی از تغییرات، کروماتین فعال، آماده یا خاموش را تعریف می‌کند که می‌تواند در طول تقسیمات پایدار بماند.

Clinical relevance

متیلاسیون DNA و تغییرات هیستون غیرطبیعی از ویژگی‌های بارز سرطان‌ها و اختلالات ایمپرینتینگ هستند، و آنزیم‌های تغییردهنده کروماتین اهداف درمان‌های اپی‌ژنتیک هستند؛ این موارد به عنوان اهمیت مطرح می‌شوند، نه راهنمایی بالینی.

History

مدل نوکلئوزوم در دهه ۱۹۷۰ پدیدار شد، و کشف بعدی آنزیم‌های تغییردهنده هیستون، بازآراینده‌های کروماتین، و نقش تنظیمی متیلاسیون DNA، کنترل اپی‌ژنتیک را به عنوان یک لایه اصلی تنظیم ژن در زیست‌شناسی مولکولی کنونی تثبیت کرد.

Key figures

• Roger Kornberg
• C. David Allis

Seminal works

• alberts2014
• watson2013

Frequently asked questions

«اپی‌ژنتیک» به چه معناست؟

این اصطلاح به تغییرات وراثتی در فعالیت ژن اشاره دارد که ناشی از نشانه‌های کروماتین یا متیلاسیون DNA است، نه تغییرات در خود توالی DNA.

کروماتین چگونه بر بیان یک ژن تأثیر می‌گذارد؟

کروماتین بسته‌بندی شده یا با نشانه‌های سرکوب‌کننده، DNA را غیرقابل دسترس نگه می‌دارد و ژن‌ها را خاموش می‌کند، در حالی که کروماتین باز و فعال‌کننده به ماشین رونویسی اجازه می‌دهد تا به ژن دسترسی پیدا کرده و آن را بیان کند.