موقع وكالة أسوشيتد برس

الموسوعة الحرة

تمثيل بسيط لموقع نقطة وصول.

في الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة الجزيئية ، يُعرف موقع AP ( موقع خالٍ من البيورين/البيريميدين )، أو الموقع اللاقاعدي ، بأنه موقع في الحمض النووي ( DNA ) (وأيضًا في الحمض النووي الريبي RNA ولكن بنسبة أقل بكثير) لا يحتوي على قاعدة بيورينية ولا قاعدة بيريميدينية ، إما تلقائيًا أو نتيجة لتلف الحمض النووي . وتشير التقديرات إلى أنه في ظل الظروف الفيزيولوجية، قد يتولد 10000 موقع خالٍ من البيورين و500 موقع خالٍ من البيريميدين في الخلية يوميًا. [ 1 ] [ 2 ]

يمكن أن تتشكل مواقع AP عن طريق إزالة البيورين التلقائية ، ولكنها تحدث أيضًا كوسائط في إصلاح استئصال القاعدة . [ 3 ] في هذه العملية، يتعرف إنزيم جليكوزيلاز الحمض النووي على قاعدة تالفة ويقطع الرابطة N-جليكوسيدية لتحرير القاعدة، تاركًا موقع AP. توجد أنواع مختلفة من الجليكوزيلازات التي تتعرف على أنواع مختلفة من التلف، بما في ذلك القواعد المؤكسدة أو الميثيلية، أو اليوراسيل في الحمض النووي . يمكن بعد ذلك قطع موقع AP بواسطة إنزيم AP إندونوكلياز ، تاركًا نهايات 3'-هيدروكسيل وديوكسي ريبوز-5-فوسفات (انظر بنية الحمض النووي ). بطريقة بديلة، يمكن أن تقطع إنزيمات جليكوزيلاز-لياز ثنائية الوظيفة موقع AP، تاركةً فوسفات 5' مجاورًا لألديهيد 3' غير مشبع α،β. تشكل كلتا الآليتين كسرًا في سلسلة مفردة، والذي يتم إصلاحه بعد ذلك إما عن طريق إصلاح استئصال القاعدة قصير المدى أو طويل المدى. [ 4 ]

إذا تُركت مواقع AP دون إصلاح، فقد تؤدي إلى حدوث طفرات أثناء التضاعف شبه المحافظ . كما يمكن أن تتسبب في توقف شوكة التضاعف ، ويتم تجاوزها عن طريق تخليق الحمض النووي عبر الآفات . في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يُفضل إدخال الأدينين مقابل مواقع AP، وهو ما يُعرف بقاعدة "الأدينين". ويكون الوضع أكثر تعقيدًا في حقيقيات النوى العليا، حيث تُظهر النيوكليوتيدات المختلفة تفضيلًا اعتمادًا على الكائن الحي والظروف التجريبية. [ 3 ]

تشكيل

تتشكل مواقع AP عندما ينفصل ديوكسي ريبوز عن قاعدته النيتروجينية ، مما يؤدي إلى كسر الرابطة الجليكوسيدية بينهما. قد يحدث هذا تلقائيًا، أو نتيجةً لنشاط كيميائي، أو إشعاع، أو نشاط إنزيمي. يمكن كسر الروابط الجليكوسيدية في الحمض النووي DNA عن طريق التحلل المائي المحفز بالأحماض . يمكن إخراج قواعد البيورين في ظل ظروف حمضية ضعيفة، بينما تتطلب البيريميدينات حموضة أقوى لكي تنفصل. قد تُزال البيورينات حتى عند درجة حموضة متعادلة ، إذا ارتفعت درجة الحرارة بشكل كافٍ. يمكن أن يتسبب في تكوين مواقع AP أيضًا وجود مواد كيميائية مختلفة تُعدّل القواعد. يمكن أن يؤدي كل من الألكلة ، وإزالة الأمين ، وأكسدة القواعد الفردية إلى إضعاف الرابطة الجليكوسيدية، لذا فإن التعرض لعوامل تُسبب هذه التعديلات قد يُشجع على تكوين مواقع AP. [ 2 ]

يمكن أن يؤدي الإشعاع المؤين أيضًا إلى تكوين مواقع AP. تحتوي البيئات المشعة على جذور حرة، والتي يمكن أن تساهم في تكوين مواقع AP بطرق متعددة. يمكن لجذور الهيدروكسيل أن تهاجم الروابط الجليكوسيدية، مما يؤدي إلى تكوين موقع AP بشكل مباشر، أو تجعل الرابطة الجليكوسيدية أقل استقرارًا عن طريق الارتباط بالقاعدة أو حلقة الديوكسي ريبوز. [ 2 ]

تُعدّ الإنزيمات، وتحديدًا جليكوزيلازات الحمض النووي، من العوامل الشائعة في تكوين مواقع AP، كجزء من مسار إصلاح استئصال القاعدة. في الخلية الثديية الواحدة، يُقدّر تكوّن ما بين 5000 و10000 موقع AP يوميًا. أما مواقع Apyrimidinic فتتكوّن بمعدل أبطأ بنحو 20 مرة، حيث تُقدّر بنحو 500 موقع يوميًا لكل خلية. ونظرًا لهذه المعدلات العالية، فمن الضروري أن تمتلك الخلايا آلية إصلاح فعّالة لمنع حدوث الطفرات.

صفات

الخصائص الكيميائية

تفاعل موقع AP

مواقع AP شديدة التفاعل، إذ تتأرجح بين حلقة فورانوز وتكوين مفتوح السلسلة يتضمن ألدهيدًا حرًا وكحولًا حرًا . عند تعرضها لنيوكليوفيل، يحدث تفاعل حذف بيتا، حيث تنكسر رابطة الفوسفات في الطرف 3' ، مما يؤدي إلى كسر أحادي السلسلة. يمكن أن يحفز إنزيم AP lyase هذا التفاعل . [ 2 ] في وجود فائض من الكاشف، يمكن أن يحدث حذف إضافي على الطرف 5'. كما يمكن للألدهيد الحر أن يتفاعل مع الألدهيدات النيوكليوفيلية المحتوية على الأمين. هذه التفاعلات بدورها تعزز انشطار رابطة الفوسفات. تعمل الألدهيدات المحتوية على مجموعات O-HN₂ على تثبيت الموقع غير القاعدي من خلال التفاعل مع مجموعة الألدهيد، دون أن يؤدي هذا التفاعل إلى كسر رابطة الفوسفات.

النشاط البيولوجي

يمكن أن تُسبب مواقع AP في الخلايا الحية عواقب وخيمة ومتنوعة، بما في ذلك موت الخلية. تتطلب الفواصل أحادية السلسلة الناتجة عن عملية الإزالة بيتا إصلاحًا بواسطة إنزيم ربط الحمض النووي لتجنب حدوث طفرات. عندما يصادف بوليميراز الحمض النووي موقعًا خاليًا من القاعدة، عادةً ما يتوقف تضاعف الحمض النووي ، مما قد يؤدي بدوره إلى كسر أحادي أو مزدوج السلسلة في حلزون الحمض النووي. [ 4 ] في بكتيريا الإشريكية القولونية ، عندما يتمكن الإنزيم من تجاوز الموقع الخالي من القاعدة، يتم دمج الأدينين بشكل تفضيلي في السلسلة الجديدة. [ 2 ] [ 3 ] إذا لم يتم إصلاح مواقع AP في الحمض النووي، فلن يتمكن تضاعف الحمض النووي من الاستمرار بشكل طبيعي، وقد ينتج عن ذلك طفرات كبيرة. [ 4 ] إذا كانت الطفرات مجرد تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة ، فقد لا تتأثر الخلية. ومع ذلك، إذا حدثت طفرات أكثر خطورة، فقد تتعطل وظيفة الخلية بشدة، وقد يتعطل النمو والانقسام، أو قد تموت الخلية ببساطة.

بصلح

تُعدّ مواقع AP سمةً مهمةً في مسار إصلاح استئصال القاعدة. تقوم إنزيمات غليكوزيلاز الحمض النووي بإنشاء مواقع خالية من القاعدة عن طريق التعرّف على القواعد المُعدّلة وإزالتها. توجد العديد من أنواع إنزيمات الغليكوزيلاز للتعامل مع الطرق المتعددة التي يمكن أن تتلف بها القاعدة. من أكثر الحالات شيوعًا: ألكلة القاعدة، والأكسدة، ووجود اليوراسيل في سلسلة الحمض النووي. [ 4 ] بمجرد إنشاء موقع AP بنجاح، يُحفّز إنزيم AP الداخلي كسر رابطة فوسفاتية واحدة، مما يُحدث شقًا في هيكل الحلزون. [ 4 ] يمكن أن يكون الكسر إما في الطرف 3' أو 5' للموقع، اعتمادًا على نوع الإنزيم. بعد ذلك، تُهيّئ إنزيمات معالجة النهايات الموقع لربط الشق، والذي يقوم به إنزيم بوليميراز الحمض النووي. [ 4 ] تُحدّد القاعدة المُدخلة في الشق من خلال القاعدة المُقابلة لها على السلسلة المُقابلة. ثم يُغلق الشق بواسطة إنزيم ليغاز الحمض النووي.

يتناقص نشاط إنزيم AP endonuclease في إصلاح مواقع AP في القشرة الأمامية/الجدارية، والمخيخ ، وجذع الدماغ ، والدماغ المتوسط ، والوطاء مع تقدم العمر لدى الفئران التي تتغذى بحرية . [ 5 ] في المقابل، يبقى نشاط إنزيم AP endonuclease في هذه المناطق الدماغية أعلى مع تقدم العمر لدى الفئران التي تخضع لتقييد السعرات الحرارية. [ 5 ] تشير هذه النتائج إلى أن زيادة إصلاح مواقع AP لدى الحيوانات التي تخضع لتقييد السعرات الحرارية قد تؤخر عملية الشيخوخة.

أساليب القياس

يمكن تحديد مواقع AP بدقة النوكليوتيد الواحد في الجينوم البشري عبر تقنية click-code-seq، [ 6 ] و snAP-seq [ 7 ] و SSiNGLe-AP. [ 8 ]

مراجع

  1. ↑ تروب، بيرتون (2012). البيولوجيا الجزيئية . سودبري، ماساتشوستس: جونز وبارتليت ليرنينج. ص  455. ISBN 978-1-4496-0091-4.
  2. 1 2 3 4 5 بورلي، ميريام (1987). "تكوين مواقع AP والكشف عنها وإصلاحها". بحوث الطفرات . 181 (1): 45-56 . Bibcode : 1987MRFMM.181...45T . doi : 10.1016/0027-5107(87)90286-7 . PMID 2444877 . 
  3. 1 2 3 بويتيو إس، غييه إم (يناير 2004). "المواقع الخالية من القواعد في الحمض النووي: الإصلاح والعواقب البيولوجية في الخميرة Saccharomyces cerevisiae ". إصلاح الحمض النووي (أمستردام) . 3 (1): 1-12 . doi : 10.1016/j.dnarep.2003.10.002 . PMID 14697754 . 
  4. 1 2 3 4 5 6 ليندال، توماس (1993). " عدم استقرار وتحلل البنية الأولية للحمض النووي". مجلة نيتشر . 362 (6422): 709-715 . Bibcode : 1993Natur.362..709L . doi : 10.1038/362709a0 . PMID 8469282. S2CID 4283694 .  
  5. 1 2 كيسبي جي إي، كوهاما إس جي، أوليفاس إيه، تشيرشويل إم، دورج دي، سبانجلر إي، دي كابو آر، إنجرام دي كيه، إيمهوف بي، باو جي، كاو واي دبليو (مارس 2010). "تأثير تقييد السعرات الحرارية على إصلاح استئصال القاعدة (BER) في دماغ الفئران المسنة" . علم الشيخوخة التجريبي . 45 (3): 208-16 . doi : 10.1016/j.exger.2009.12.003 . PMC 2826610. PMID 20005284 .  
  6. ↑ تاخافيف، فاكيل؛ بولين، نيكولاي جيه إل؛ سينغ، نافنيت كيه؛ ليفيف، لوسي؛ أغاجاني، إميلي إيه؛ هوبر، سابرينا إم؛ شاوير، ستيفان؛ غاهلون، هايلي إل؛ بوتش، آنا آر؛ ستورلا، شانا جيه. (31 أكتوبر 2025). "تقنية Click-code-seq تكشف عن تحيزات سلاسل أكسدة الحمض النووي وإزالة البيورين في الجينوم البشري" . Nature Chemical Biology : 1–12 . doi : 10.1038/s41589-025-02052-6 . hdl : 20.500.11850/793216 . ISSN 1552-4469 . 
  7. ↑ ليو، تشنغ جيه؛ مارتينيز كويستا، سيرجيو؛ فان دلفت، بيتر؛ بالاسوبرامانيان، شانكار (يوليو 2019). "تسلسل المواقع الخالية من القواعد في الحمض النووي بدقة النوكليوتيد الواحد" . مجلة نيتشر كيمستري . 11 (7): 629-637 . doi : 10.1038/s41557-019-0279-9 . ISSN 1755-4349 . 
  8. ↑ كاي، يي؛ كاو، هويفن؛ وانغ، فانغ؛ تشانغ، يوفي؛ كابرانوف، فيليب (5 أكتوبر 2022). "أنماط جينومية معقدة لمواقع خالية من القواعد في الحمض النووي للثدييات تم الكشف عنها بواسطة طريقة SSiNGLe-AP عالية الدقة" . Nature Communications . 13 (1): 5868. doi : 10.1038/s41467-022-33594-1 . ISSN 2041-1723 . PMC 9534904 .