الكروماتين ثنائي التكافؤ
الكروماتين ثنائي التكافؤ عبارة عن أجزاء من الحمض النووي، مرتبطة ببروتينات الهيستون ، والتي تحتوي على منظمات جينية قمعية ومنشطة في نفس المنطقة. [1] تعمل هذه المنظمات على تعزيز أو إسكات التعبير عن الجينات. [2] نظرًا لأن هذه المنظمات تعمل في معارضة لبعضها البعض، فإنها تتفاعل عادةً مع الكروماتين في أوقات مختلفة. ومع ذلك، في الكروماتين ثنائي التكافؤ، يتفاعل كلا النوعين من المنظمات مع نفس المجال في نفس الوقت. [2] ترتبط مجالات الكروماتين ثنائية التكافؤ عادةً بمحفزات جينات عامل النسخ التي يتم التعبير عنها بمستويات منخفضة. [1] [3] كما وجد أن المجالات ثنائية التكافؤ تلعب دورًا في التنظيم التنموي في الخلايا الجذعية الجنينية متعددة القدرات ، وطباعة الجينات والسرطان . [1] [2] [4]
منظمات وراثية ثنائية التكافؤ
أكثر المنظمات الجينية المضادة شيوعًا والتي توجد معًا على مجالات الكروماتين ثنائية التكافؤ هي علامات الميثيل على هيستون 3 ليسين 4 ( H3K4me3 ) وهيستون 3 ليسين 27 ( H3K27me3 ). [2] تعمل علامة H3K27me3 على إسكات الجين بينما تسمح علامة H3K4me3 للجين بعدم إسكاته بشكل دائم، وتنشيطه عند الحاجة. [2] ترتبط الخلايا الجذعية الجنينية والجينات المطبوعة بكل من العلامات المنشطة (H3K4me3) والقمعية (H3K27me3)، حيث تسمح بقمع الجين حتى تكون هناك حاجة إلى التنشيط. [2] [4] على الرغم من وجود أدلة وفيرة على التواجد المشترك لـ H3K4me3 و H3K27me3 في نفس الموقع في الجينوم، فإن معظم الأدلة تشير إلى أنهما لا يحدثان على نفس الجزيء ولكن قد يحدثان على نسخ مختلفة من الهستون H3 داخل نفس النوكليوسوم . [5]
الخلايا الجذعية الجنينية وتطورها
توجد مجالات الكروماتين ثنائية التكافؤ في الخلايا الجذعية الجنينية (ES) وتلعب دورًا مهمًا في تمايز الخلايا. عند الحفاظ على خلية جذعية جنينية في حالتها غير المتمايزة، تُستخدم المجالات ثنائية التكافؤ في الحمض النووي لإسكات الجينات التنموية التي من شأنها تنشيط تمايز الخلايا، مع الحفاظ على الجينات في وضع الاستعداد وجاهزة للتنشيط. [3] عندما تتلقى خلية جذعية جنينية إشارة للتمايز إلى سلالة خلوية محددة، يكون تنشيط الجينات التنموية المحددة ضروريًا للتمايز. [3] سيتم تنشيط الجينات التنموية المطلوبة وسيتم قمع الجينات الأخرى غير المطلوبة لسلالة الخلية هذه من خلال مجالاتها ثنائية التكافؤ. [2]
تنظم علامات H3K4me3 و H3K27me3 الموجودة على المجالات ثنائية التكافؤ ما إذا كانت الخلية الجذعية الجنينية تتمايز أم تظل غير محددة (حالة تعدد القدرات). تساهم العلامات فوق الجينية في التعبير عن بعض الجينات وإسكات البعض الآخر أثناء تعدد القدرات والتمايز. تعمل علامات H3K27me3 على قمع جينات التحكم في النمو وتوقف الخلية عن التمايز، لضمان احتفاظ الخلية بتعدد القدرات. [2] على الرغم من أن هذه العلامة تقمع جينات التحكم في السلالة، إلا أنها تبقيها جاهزة للتنشيط عند التمايز. [2] عندما تتلقى الخلية الإشارة للتمايز إلى نوع معين من الخلايا، سيتم إزالة H3K27me3 من الجينات اللازمة للتمايز، بينما تحافظ H3K27me3 على قمع جينات التحكم في النمو غير الضرورية للسلالة المختارة. [2] يتم مساعدة عملية حل الكروماتين ثنائي التكافؤ المنظمة من خلال نشاط معيدات تشكيل الكروماتين ATP مثل SWI/SNF ، والتي تحلل ATP لإخراج بروتينات مجموعة Polycomb من الكروماتين ثنائي التكافؤ. [6]
سيتم تنشيط مجموعة فرعية محددة فقط من المنظمات بواسطة H3K4me3 لإعطاء سلالة خلوية معينة. [2] تعمل هذه العلامة على تنشيط المنظمات التنموية عند التمايز، وتجعل الجينات اللازمة للتمايز أكثر كفاءة. [2] إن وجود علامة H3K4me3 المنشطة يحمي الجينات من الصمت بشكل دائم عن طريق صد قمعات النسخ ومنع مثيلة الحمض النووي القمعية. [2]
بمجرد أن يتمايز الخلية إلى نوع معين من الخلايا، تبقى علامة واحدة فقط مرتبطة بالكروماتين. [2]
الطبع
الطبع هو العملية التي يتم من خلالها إسكات أليل أحد الوالدين بينما يتم التعبير عن الأليل من الوالد الآخر. يعرض جين GRB10 البشري تعبيرًا جينيًا مطبوعًا، وفي الفئران، يتم تمكين تعبير Grb10 المطبوع هذا من خلال وجود كروماتين ثنائي التكافؤ. [4] يحتوي جين Grb10 في الفئران على مجال ثنائي التكافؤ يستخدم تعديلات H3K4me3 و H3K27me3 كأداة للتعبير عن الجينات من أحد الوالدين بينما يتم إسكات الآخر. [4] يسمح هذا بالتعبير عن الجين بواسطة أحد الوالدين فقط في نسيج معين. [4] في معظم الأنسجة الجسدية، يتم التعبير عن جين Grb10 من الأليل الأمومي، باستثناء الدماغ حيث يتم التعبير عنه من الأليل الأبوي. [4] تُستخدم علامات H3K4me3 و H3K27me3 على الأليل الأبوي للجين لإبقائه صامتًا في جميع الأنسجة باستثناء الدماغ. [4] يتم استخدام نفس علامات الميثلة على الأليل الأمومي للجين في أنسجة المخ. عندما يتم التعبير عن الجينات، تتم إزالة العلامة القمعية H3K27me3 من المجال ثنائي التكافؤ.
مراجع
- ^ abc Kumar D, Cinghu S, Oldfield AJ, Yang P, Jothi R (أكتوبر 2021). "فك شفرة وظيفة الكروماتين ثنائي التكافؤ في التطور والمرض". Genome Research . 31 (12): 2170–2184. doi : 10.1101/gr.275736.121 . PMC 8647824. PMID 34667120 .
- ^ abcdefghijklmn Vastenhouw NL, Schier AF (يونيو 2012). "تعديلات الهيستون ثنائية التكافؤ في مرحلة التخلق الجنيني المبكر". الرأي الحالي في علم الأحياء الخلوي . 24 (3): 374–86. doi :10.1016/j.ceb.2012.03.009. PMC 3372573. PMID 22513113 .
- ^ abc Bernstein BE, Mikkelsen TS, Xie X, Kamal M, Huebert DJ, Cuff J, Fry B, Meissner A, Wernig M, Plath K, Jaenisch R, Wagschal A, Feil R, Schreiber SL, Lander ES (أبريل 2006). "بنية الكروماتين ثنائية التكافؤ تحدد الجينات التنموية الرئيسية في الخلايا الجذعية الجنينية". Cell . 125 (2): 315–26. doi : 10.1016/j.cell.2006.02.041 . PMID 16630819.
- ^ abcdefg Sanz LA, Chamberlain S, Sabourin JC, Henckel A, Magnuson T, Hugnot JP, Feil R, Arnaud P (أكتوبر 2008). "نطاق كروماتين ثنائي التكافؤ أحادي الأليل يتحكم في البصمة النسيجية المحددة في Grb10". مجلة EMBO . 27 (19): 2523–32. doi :10.1038/emboj.2008.142. PMC 2567399. PMID 18650936 .
- ^ Voigt P (سبتمبر 2012). "النوكليوسومات المعدلة بشكل غير متماثل". Cell . 151 (1): 181–93. doi :10.1016/j.cell.2012.09.002. PMC 3498816. PMID 23021224 .
- ^ Stanton BZ, Hodges C, Calarco JP, Braun SM, Ku WL, Kadoch C, Zhao K, Crabtree GR (فبراير 2017). "طفرات Smarca4 ATPase تعطل الإخلاء المباشر لـ PRC1 من الكروماتين". Nature Genetics . 49 (2): 282–288. doi :10.1038/ng.3735. PMC 5373480. PMID 27941795 .
