إنزيم إعادة التركيب الميوزي 1 للحمض النووي

بروتين إعادة التركيب الميوزي DMC1/LIM15 المتماثل هو بروتين يُشفّر في الإنسان بواسطة جين DMC1 . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} تُعدّ نظائر DMC1 محفوظة جيدًا، وقد تمّ تحديدها في العديد من الكائنات الحية المتباينة، بما في ذلك الفطريات والنباتات والثدييات، ومنها الإنسان. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

بروتين إعادة التركيب الميوزي Dmc1 هو نظير لبروتين تبادل السلاسل البكتيري RecA . يلعب Dmc1 دورًا محوريًا في إعادة التركيب المتماثل في الانقسام الميوزي ، وذلك من خلال التجمع في مواقع انقطاعات الحمض النووي المزدوجة المبرمجة والبحث عن تسلسلات الحمض النووي الأليلية الموجودة على الكروماتيدات المتماثلة . يشير اسم "Dmc" إلى "الحمض النووي المكمل الميوزي المعطل"، وهو يشير إلى الطريقة المستخدمة لاكتشافه، والتي تضمنت استخدام نسخ مستنسخة من مكتبة الحمض النووي المكمل الخاصة بالانقسام الميوزي لتوجيه طفرات تعطيل الجينات الميوزي المُعبر عنها بكثرة.

يُعدّ بروتين Dmc1 أحد نظيرين لبروتين RecA الموجودين في الخلايا حقيقية النواة، والآخر هو Rad51 . يتشارك Dmc1 وRAD51 في أكثر من 50% من تشابه الأحماض الأمينية. ^{[ 9 ]} في الخميرة المتبرعمة، يعمل Rad51 كبروتين تبادل السلاسل في الانقسام المتساوي، حيث يُعدّ ضروريًا لإصلاح كسور الحمض النووي. يتحول Rad51 إلى عامل مساعد لـ Dmc1 أثناء الانقسام الاختزالي عن طريق تثبيط نشاط تبادل السلاسل الخاص به. ^{[ 10 ]}

تم اكتشاف جين وبروتين DMC1 في الخميرة المتبرعمة S. cerevisiae بواسطة دوغلاس بيشوب في عام 1992 عندما كان زميلًا لما بعد الدكتوراه في مختبر نانسي كليكنر في جامعة هارفارد. ^{[ 11 ]}

يُعدّ بروتين DMC1 البشري متجانسًا متعدد الوحدات على شكل حلقة ثمانية بقطر 140 أنغستروم، مع وجود ثقب في المنتصف قطره 45 أنغستروم. ^{[ 12 ] [ 9 ]} يرتبط DMC1 بشكل تفضيلي بالحمض النووي أحادي السلسلة (ssDNA) أكثر من ارتباطه بالحمض النووي ثنائي السلسلة (dsDNA). ^{[ 12 ]} على عكس RecA وRad51، لا يبدو أن DMC1 يُشكّل خيطًا حلزونيًا على الحمض النووي، بل يُشكّل حلقات يمرّ الحمض النووي عبر مركزها. ^{[ 12 ]} يستطيع hDMC1 تكوين حلقات D في الحمض النووي فائق الالتفاف. ^{[ 13 ]} يتمتع DMC1 بنشاط إنزيم ATPase ضعيف، وهو قادر على تعزيز تكوين الحمض النووي الهجين في وجود نظير غير قابل للتحلل المائي لـ ATP، مما يُشير إلى ضرورة ارتباط ATP بدلاً من تحلله . ^{[ 14 ]} كما يُظهر DMC1 ارتباطًا مُعززًا بالنيوكليوسومات التي أُزيلت منها ذيول الهيستون، مما يشير إلى أن بنية الكروموسوم قد تلعب دورًا في ارتباط DMC1، ولكن ليس Rad51. ^{[ 15 ]}

يُعد البروتين المُشفّر بواسطة هذا الجين ضروريًا لإعادة التركيب المتماثل أثناء الانقسام الاختزالي. وتلعب إعادة التركيب الجيني في الانقسام الاختزالي دورًا هامًا في توليد تنوع المعلومات الوراثية، وتُسهّل الانفصال الاختزالي للكروموسومات الذي لا بدّ منه لتكوين الأمشاج أثناء التكاثر الجنسي.

أثناء الانقسام الاختزالي، يُحدث إنزيم Spo11 ، وهو إنزيم شبيه بتوبويزوميراز، كسورًا مُبرمجة في سلسلتي الحمض النووي المزدوج (DSBs) . وتطول هذه الكسور بفعل الإكسونوكليازات التي تقص نهايات 5' لتكوين نتوءات طويلة من الحمض النووي أحادي السلسلة (ssDNA) عند النهاية 3'. وتُثبَّت هذه النتوءات 3' بواسطة بروتينات ربط السلسلة المفردة (SSBs) لحماية الحمض النووي أحادي السلسلة ومنع تكوين البنى الثانوية. يُحمَّل بروتين DMC1 على الحمض النووي أحادي السلسلة 3' لتكوين خيط بروتيني نووي حلزوني يميني. بعد ذلك، يُجري هذا الخيط البروتيني النووي بحثًا عن التماثل في منطقة الحمض النووي المتماثلة. ويؤدي غزو السلسلة المفردة في منطقة مكملة في الكروموسوم المتماثل بواسطة سلسلة الحمض النووي ذات النهاية 3' إلى تكوين هجين مزدوج على شكل حلقة إزاحة (حلقة D). تتمدد حلقة D هذه أثناء عملية إصلاح الحمض النووي، مُشكّلةً وصلة هوليداي . ويؤدي حلّ هذه الوصلة إلى ناتج عبور أو ناتج عدم عبور. ^{[ 16 ]} وتُنتج نواتج العبور بنسبة أقل من نواتج عدم العبور. ^{[ 17 ]}

على غرار أفراد عائلة Rad51/RecA الآخرين، يُثبّت Dmc1 وسائط تبادل السلاسل (الحمض النووي الممتد بواسطة Rad1/RecA، أو RS-DNA) في ثلاثيات ممتدة تُشبه الحمض النووي من النوع B. يرتبط كل جزيء من البروتين بثلاثية من النيوكليوتيدات، ويمكن تقييم قوة هذا الارتباط، من خلال التغير في طاقة غيبس الحرة ، عن طريق قياس مدة بقاء مسبار الحمض النووي المزدوج الموسوم ذي التسلسل المتماثل القصير مرتبطًا بحمض نووي يحتوي على منطقة تماثل قصيرة معه. وقد أظهرت دراسة من هذا النوع أن عدم التطابق في أي من المواضع الثلاثة في نهاية امتداد التماثل لن يزيد من مدة بقاء المسبار مرتبطًا، وفي تركيبات Rad51 أو RecA، سيؤدي عدم التطابق الداخلي إلى انخفاض مماثل في مدة الارتباط. جميع الإنزيمات قادرة على "تجاوز" عدم التطابق ومواصلة ربط المسبار بقوة أكبر في حال وجود منطقة تماثل أطول. مع ذلك، في حالة Dmc1، يُسهم وجود ثلاثية تحتوي على عدم تطابق داخلي واحد (وليس طرفيًا) في استقرار ارتباط المجس بنفس القدر الذي تُسهم به الثلاثية الخالية من عدم التطابق. وبهذه الطريقة، يُعدّ Dmc1 مناسبًا بشكل خاص لدوره كإنزيم إعادة تركيب خاص بالانقسام الاختزالي، إذ يسمح له هذا النشاط بتحفيز إعادة التركيب بين التسلسلات غير المتطابقة تمامًا بكفاءة أكبر. ^{[ 18 ]}

ثبت أن جين DMC1 يتفاعل مع RAD51 ومركب صيانة بنية الكروموسوم 5/6 (SMC5/6). ^{[ 19 ] [ 14 ]} كما ثبت أن البروتين يرتبط بـ Tid1 (Rdh54) وMei5/Sae3 وHop2/Mnd1. تعمل جميع هذه البروتينات المتفاعلة على تعزيز نشاط Dmc1 في الأنظمة النقية، ويُعتقد أيضًا أنها ضرورية لوظيفة Dmc1 في الخلايا.

وقد ثبت أيضاً أن DMC1 يتفاعل مع FIGNL1. ويُعتقد أن FIGNL1 يعزز تفكك DMC1 أثناء الانقسام الاختزالي الذكري. ^{[ 20 ]}

ترتبط الطفرات في جين DMC1 بالعقم عند الذكور، نتيجةً لانعدام النطاف غير الانسدادي ، حيث تنتج الخصيتان كمية قليلة من الحيوانات المنوية أو لا تنتجانها على الإطلاق. ^{[ 25 ]} في الفئران، يمكن لتغيير حمض أميني واحد أن يمنع العبور الكروموسومي ويؤدي إلى توقف الانقسام الاختزالي من خلال آلية وراثية سائدة. ^{[ 26 ]}