كرومودومين

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تُعدّ نطاقات الكرومودومين نطاقات بروتينية محفوظة تطوريًا، وتوجد في مجموعة واسعة من الكائنات حقيقية النواة. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] تحتوي بعض الجينات الحاوية على نطاقات الكرومودومين على أشكال متعددة من التضفير البديل التي تُحذف نطاق الكرومودومين بالكامل. [ 5 ] تبرز هذه النطاقات في البروتينات المرتبطة بالكروماتين، مثل بروتينات مجموعة بوليكومب (PcG) وبروتين الكروماتين المغاير 1 (HP1)، حيث تعمل كقارئات لليسين المُمَثْيَل، وتشارك في تنظيم الجينات وإعادة تشكيل الكروماتين ، مما يُسهّل إسكات الجينات وتنشيطها عن طريق تعديل بنية الكروماتين. [ 2 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] كما ترتبط البروتينات الحاوية على نطاقات الكرومودومين بالهيستونات المُمَثْيَلة [ 8 ] [ 9 ] وتظهر في مُركّب إسكات النسخ المُحفّز بواسطة الحمض النووي الريبي . [ 10 ]

الحفاظ على البنية والخصوصية

الطي المحفوظ

تُظهر نطاقات الكرومودومين درجة عالية من الحفاظ على البنية عبر نطاق واسع من البروتينات المرتبطة بالكروماتين، بما في ذلك بروتينات بولي كومب (مثل Cbx2، Cbx4، Cbx6، Cbx7، Cbx8) وأفراد عائلة HP1، كما هو متوقع من خلال تماثل التسلسل. [ 2 ] [ 11 ] [ 4 ] [ 7 ] تشترك نطاقات الكرومودومين في بنية محفوظة تتألف من صفيحة بيتا ثلاثية الخيوط منحنية مضادة للتوازي مجاورة لحلزون ألفا طرفي كربوكسيلي. يشكل هذا الترتيب أخدودًا كارهًا للماء يستوعب بقايا الليسين الميثيلية من ذيول الهيستون، مما يسهل التفاعلات الجزيئية المحددة. [ 2 ] [ 3 ] [ 7 ] تتخذ المنطقة الميثيلية من الببتيد شكل خيط بيتا عند تفاعلها مع أخدود نطاق الكرومودومين، مما ينتج عنه ترتيب شطيرة بيتا. [ ٢ ] على الرغم من الحفاظ العام على التسلسل، توجد اختلافات طفيفة في التسلسل داخل نطاقات الكرومودومين، لا سيما في الأحماض الأمينية المبطنة للشق الكاره للماء، مما يؤثر على خصوصية الارتباط ببقايا الليسين الميثيلية ويساهم في الوظائف البيولوجية المتنوعة للبروتينات الحاوية على نطاق الكرومودومين. [ ١١ ] [ ٤ ] [ ٧ ]

قفص عطري

من السمات المميزة للكرومودومينات "القفص العطري"، وهو نمط بنيوي يتكون من ثلاثة بقايا عطرية (أحيانًا مع أحماض أمينية حمضية) يُمكّنها من الارتباط الانتقائي بمجموعات الليسين الميثيلية. [ 2 ] [ 11 ] يسمح هذا الترتيب بتفاعلات الكاتيون-π، حيث تتفاعل مجموعة الأمونيوم في الليسين الميثيلية مع بقايا عطرية محددة، مثل التربتوفان. [ 2 ] [ 11 ] يُظهر الحفاظ البنيوي للقفص العطري عبر الكرومودومينات انتقائيتها وقدرتها على الارتباط بذيل الهيستون الميثيلية (مثل H3K9me3 في HP1α، وH3K27me3 في Polycomb)، مما يُمكّنها من لعب دور محوري كقارئات لليسين الميثيلية في تنظيم الجينات وإعادة تشكيل الكروماتين. [ 11 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]

التعرف الجزيئي وشركاء الربط

على الرغم من أن نطاقات الكرومودومين معروفة بقدرتها على التعرف على بقايا الليسين الميثيلية على ذيول الهستونات، إلا أن نطاق ارتباطها يتجاوز الهستونات. [ 7 ] إذ يمكنها التفاعل مع الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) والعديد من البروتينات غير الهستونية، مما يوسع أدوارها التنظيمية داخل الخلية. [ 7 ]

تصنيف

تُصنّف بروتينات الكرومودومين إلى عدة عائلات بناءً على المجالات الإضافية الموجودة فيها. ومن أبرز هذه العائلات:

  • HP1/Chromobox (Cbx): التعرف على H3K9me وتعزيز تكوين الكروماتين المغاير التكويني [ 3 ]
  • بوليكومب (Pc): يرتبط بـ H3K27me ويحافظ على الكروماتين غير المتجانس الاختياري [ 3 ]
  • CHD (نطاق الكرومودومين - هيليكاز مرتبط بالحمض النووي): يتميز بوجود نطاقين كرومودومين متتاليين؛ ويشارك في المناطق النشطة نسخياً عن طريق الارتباط بـ H3K4me
  • عائلة نطاقات برميل الكرومو وغيرها (ليصبح المجموع 13 عائلة معروفة). [ 3 ] [ 4 ]

تنقسم عائلة CHD الفرعية إلى ثلاث مجموعات (CHD1/2، CHD3/4/5، CHD6/7/8/9). [ 3 ] يتميز كل من CHD1 وCHD2 بتسلسلات الربط الممتدة بين أول سلسلتين بيتا من الكرومودومين الأول، وهما أكثر دراسةً وتوصيفًا. [ 3 ]

التنوع الوظيفي

التوطين

توجد معظم بروتينات الكرومودومين في النواة، وخاصة في المناطق الغنية بالكروماتين مثل الكروماتين المغاير، المرتبط بكبت الجينات. مع ذلك، يمكن أن تتواجد أيضًا في الكروماتين الحقيقي، حيث تُنسخ الجينات بنشاط. [ 4 ] نادرًا ما توجد بروتينات الكرومودومين خارج النواة، باستثناءات مثل بروتين جسيم التعرف على الإشارة في البلاستيدات الخضراء cpSRP43 في نبات الأرابيدوبسيس. [ 3 ]

الأدوار البيولوجية

تؤدي نطاقات الكروم أدوارًا بيولوجية متنوعة، تتجاوز كبت الجينات. فعلى سبيل المثال، يرتبط بروتين CHD1 بالكروماتين النشط نسخياً، مما يدل على أن نطاقات الكروم تشارك في كلٍ من إسكات الجينات وتنشيطها. [ 4 ] [ 7 ] في حين أن الحفاظ على بنيتها عبر الأنواع وعائلات البروتينات يُظهر دورها الأساسي في بيولوجيا الكروماتين، فإن الاختلافات في تسلسلها تُتيح مجموعة من التفاعلات والنتائج البيولوجية المحددة. [ 11 ] [ 7 ] تلعب نطاقات الكروم أدوارًا محورية في التنظيم فوق الجيني من خلال تفسير تعديلات الهيستون وتحديد أنماط التعبير الجيني الضرورية للنمو وتمايز الخلايا. [ 7 ] كما أنها تشارك في عمليات بيولوجية متنوعة، بما في ذلك التطور الجنيني، وتمايز الخلايا، وتنظيم العمر، كما هو موضح في الكائنات النموذجية. [ 12 ]

اتساع نطاق الوظائف

بينما تعمل العديد من نطاقات الكرومودومين كقارئات لميثيل الليسين، فإن لبعضها الآخر أدوارًا متخصصة، مثل استهداف العناصر المتنقلة الرجعية أو التوسط في تفاعلات الأحماض النووية. [ 4 ] [ 7 ] يشير التنوع الوظيفي لنطاقات الكرومودومين إلى فائدتها المحتملة في التحليل الشامل للميثيلوم وتطبيقات البيولوجيا التركيبية. [ 11 ]

الآثار البيولوجية والطبية الحيوية

أشارت نتائج الدراسات على الكائنات النموذجية إلى أهمية نطاقات الكرومودومين في الحفاظ على سلامة الجينات، مما يؤثر بشكل مباشر على صحة الإنسان. [ 4 ] [ 7 ] ويرتبط خلل تنظيم العمليات التي تتوسطها نطاقات الكرومودومين بأمراض مثل السرطان واضطرابات النمو. [ 4 ] [ 7 ] وقد ركزت الجهود المبذولة لهندسة نطاقات الكرومودومين ذات ألفة ارتباط محسّنة - مثل الاستبدال المزدوج Asp9/Glu33 في عائلة نطاقات الكرومودومين CBX - بشكل أساسي على أفراد عائلة HP1. [ 11 ] فعلى سبيل المثال، تُظهر نطاقات الكرومودومين CBX1 المُهندسة ألفة متزايدة لعلامة H3K9me3، وقد سهّلت الدراسات البنيوية، بما في ذلك تلك التي تستخدم بنك بيانات البروتين ونمذجة التماثل، التصميم المنطقي لهذه المتغيرات. [ 6 ] ويمكن توسيع نطاق هذه الاستراتيجيات لتشمل بروتينات PcG الأخرى، مما يزيد من إمكانية استخدامها في التطبيقات العلاجية والبحثية. [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ مين جيه، تشانغ واي، شو آر إم (أغسطس 2003). "الأساس البنيوي للارتباط النوعي لنطاق كرومودومين بوليكومب بالهيستون H3 الميثيلي عند الليسين 27" . جينز ديف . 17 (15): 1823-1828 . doi : 10.1101/gad.269603 . PMC 196225. PMID 12897052 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 إيسنبرغ، جيه سي (2012). "علم الأحياء البنيوي للكرومودومين: الشكل والوظيفة". جين . 496 (2): 69-78 . doi : 10.1016/j.gene.2012.01.003 . PMID 22285924 . 
  3. ياب ، كيوكو ل؛ تشو ، مينغ مينغ (2011). " بنية وآليات التعرف على مثيلة الليسين بواسطة نطاق الكرومودومين في نسخ الجينات" . الكيمياء الحيوية. 50 ( 12 ) : 1966-1980 . doi : 10.1021 / bi101885m . PMC 3062707. PMID 21288002 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 هو، شينهاو؛ شو، مينغجينغ؛ تشو، تشنغمينغ؛ جاو، جيانينغ؛ لي ميلي. تشن، شيانغيانغ. صن، تشنغ؛ ناشان، بيورن؛ زانغ، جياني؛ تشو، ينغ؛ غوانغ، شوهونغ؛ فنغ، شيويتشو (2023). "التوصيف المنهجي لبروتينات الكرومودومين يكشف عن قارئ H3K9me1/2 الذي ينظم الشيخوخة في C. elegans" . اتصالات الطبيعة . 14 (1254) 1254. بيب كود : 2023NatCo..14.1254H . دوى : 10.1038/s41467-023-36898-ذ . بمك 9988841 . PMID 36878913 .  
  5. ↑ تاجول-عارفين ك، تيسديل ر، رافاسي ت، هيوم د.أ، ماتيك ج.س (2003). "تحديد وتحليل البروتينات الحاوية على نطاق الكرومودومين المشفرة في النسخ الجيني للفأر" . أبحاث الجينوم . 13 (6ب): 1416-1429 . doi : 10.1101/gr.1015703 . PMC 403676. PMID 12819141 .  
  6. هارد ، رايان؛ لي، نان؛ هي، وي؛ روس، برايان؛ مو، غاري سي إتش؛ بينغ، وين؛ شتاين، ريتشارد إس إل (2018). " فك شفرة وهندسة التعرف على ببتيد ميثيل ليسين في نطاق الكرومودومين" . مجلة ساينس أدفانسز . 4 (11) eaau1447. Bibcode : 2018SciA....4.1447H . doi : 10.1126 / sciadv.aau1447 . PMC 6221542. PMID 30417094 .  
  7. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ بلوس، بارتلومي جيه؛ ويغينز، كيمبرلي؛ خراساني زاده، سيبيده (٢٠١١). " المزايا فوق الجينية للكرومودومينات" . مراجعات نقدية في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . ٤٦ (٦): ٥٠٧-٥٢٦ . doi : 10.3109/10409238.2011.619164 . PMC 3223283. PMID 22023491 .  
  8. ↑ نيلسن بي آر، نيتليسباخ دي، موت إتش آر، كالاغان جيه، بانيستر إيه، كوزاريدس تي، مورزين إيه جي، مورزينا إن في، لاو إي دي (2002). "بنية نطاق الكرومودومين HP1 المرتبط بالهيستون H3 الميثيلي عند الليسين 9". نيتشر . 416 ( 6876): 103-107 . Bibcode : 2002Natur.416..103N . doi : 10.1038/nature722 . PMID 11882902. S2CID 4423019 .  
  9. ↑ جاكوبس إس إيه، خراساني زاده إس (2002). "بنية نطاق الكرومودومين HP1 المرتبط بذيل الهيستون H3 الميثيلي عند الليسين 9". مجلة ساينس . 295 (5562): 2080-2083 . Bibcode : 2002Sci...295.2080J . doi : 10.1126/science.1069473 . PMID 11859155. S2CID 38589662 .  
  10. ↑ فيرديل أ، جيا س، جيربر س، سوجياما ت، جيجي س، جريوال إس آي، معاذ د (2004). "استهداف الكروماتين المغاير بواسطة معقد RITS عبر تداخل الحمض النووي الريبوزي" . مجلة ساينس . 303 (5658): 672-676 . رمز Bibcode : 2004Sci...303..672V . doi : 10.1126/science.1093686 . PMC 3244756. PMID 14704433 .  
  11. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 فيجياني، جي.؛ فيلاسينور، ر.؛ مارتن، جي. دي.؛ تانغ، جيه. كيو.؛ كرون، إم. دبليو.؛ غو، جيه.؛ تشين، سي.؛ ووترز، إم. إل.؛ بيرس، كيه. إتش.؛ باوبيك، تي.؛ سيدهو، إس. إس. (2022). "مجالات كرومودومين عالية الألفة مُهندسة لتحسين الكشف عن مثيلة الهيستون وتعزيز كبت الجينات باستخدام تقنية كريسبر" . نيتشر كوميونيكيشنز . 13 (6975) 6975. doi : 10.1038/s41467-022-34269-7 . PMC 9666628 . 
  12. ↑ موريتيني، ستيفانو؛ تريبوس، مارتن؛ زيلنر، أنيت؛ سيبالد، جوهانا؛ كامبو-فرنانديز، بياتريس؛ شيران، غابرييل؛ فورل، هيلدغارد؛ بودراسكي، فاليري؛ فيودوروف، ديمتري ف؛ لوسر، ألكسندرا (2011). "تُعدّ نطاقات الكرومودومين لبروتين CHD1 بالغة الأهمية للنشاط الإنزيمي، ولكنها أقل أهمية لتحديد موقع الكروماتين" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 39 (8): 3103-3115 . doi : 10.1093/nar/gkq1270 . PMID 21177652 .