تقاطع هوليداي

الموسوعة الحرة

رسم تخطيطي لوصلة هوليداي يوضح تسلسل القواعد والبنية الثانوية ، لكنه لا يوضح البنية الثالثية . التسلسل الموضح هو واحد من بين العديد من الاحتمالات. هذه وصلة هوليداي ثابتة لأن التسلسلات غير متناظرة.

تُعرف وصلة هوليداي بأنها بنية متفرعة من الحمض النووي تتكون من أربعة أذرع مزدوجة السلاسل متصلة ببعضها. قد تتخذ هذه الأذرع أحد الأشكال المتعددة اعتمادًا على تركيز الأملاح في المحلول المنظم وتسلسل القواعد النيتروجينية الأقرب إلى الوصلة. سُميت هذه البنية نسبةً إلى روبن هوليداي ، عالم الأحياء الجزيئية الذي اقترح وجودها عام 1964. [ 1 ]

في علم الأحياء، تُعدّ وصلات هوليداي وسيطًا رئيسيًا في العديد من أنواع إعادة التركيب الجيني ، وكذلك في إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة . تتميز هذه الوصلات عادةً بتسلسل متناظر، وبالتالي فهي متحركة، مما يعني أن الأذرع الأربعة الفردية قد تنزلق عبر الوصلة بنمط محدد يحافظ إلى حد كبير على اقتران القواعد . بالإضافة إلى ذلك، تظهر وصلات رباعية الأذرع مشابهة لوصلات هوليداي في بعض جزيئات الحمض النووي الريبوزي الوظيفية .

ابتكر العلماء تقاطعات هوليداي الثابتة، ذات التسلسلات غير المتماثلة التي تثبت الخيوط في موضع محدد، لدراسة بنيتها كنموذج لتقاطعات هوليداي الطبيعية. وقد استُخدمت هذه التقاطعات لاحقًا كعناصر بناء هيكلية أساسية في تقنية النانو للحمض النووي ، حيث يمكن دمج تقاطعات هوليداي المتعددة في أشكال هندسية مصممة خصيصًا تُكسب الجزيئات درجة عالية من الصلابة الهيكلية .

بناء

التركيب الجزيئي لوصلة هوليداي المتراصة، حيث تتراص الأذرع الأربعة لتشكل نطاقين حلزونيين مزدوجين. لاحظ كيف تحافظ الخيوط الزرقاء والحمراء على شكلها الحلزوني تقريبًا، بينما تتقاطع الخيوط الخضراء والصفراء بين النطاقين.
البنية الجزيئية لوصلة هوليداي غير المتراصة (المفتوحة على شكل X). يفتقر هذا التكوين إلى تراص القواعد بين المجالات الحلزونية المزدوجة، وهو مستقر فقط في المحاليل الخالية من أيونات المعادن ثنائية التكافؤ مثل Mg²⁺ . من قاعدة بيانات البروتينات (PDB ) : 3CRX .
مخططات توضيحية لثلاثة متماكبات توافقية لتراص القواعد في وصلة هوليداي. يختلف المتماكبان المتراصان في مجموعات الأذرع الثنائية المرتبطة بتراص محوري : على اليسار، التراص أحمر-أزرق وسماوي-أرجواني، بينما على اليمين التراص أحمر-سماوي وأزرق-أرجواني. تحدد القواعد الأقرب إلى نقطة الوصل المتماكب المتراص السائد.

قد توجد وصلات هوليداي في مجموعة متنوعة من المتصاوغات البنيوية ذات أنماط مختلفة من التراص المحوري بين الأذرع الحلزونية المزدوجة الأربعة. التراص المحوري هو ميل النهايات غير المتراصة للأحماض النووية إلى الارتباط ببعضها البعض، من خلال التفاعلات بين القواعد المكشوفة. هناك ثلاثة متصاوغات ممكنة: شكل غير متراص (أو شكل X مفتوح) وشكلان متراصان. يسود الشكل غير المتراص في غياب الكاتيونات ثنائية التكافؤ مثل Mg²⁺ ، بسبب التنافر الكهروستاتيكي بين الهياكل الأساسية سالبة الشحنة للسلاسل. في وجود ما لا يقل عن 0.1 ملي مولار من Mg²⁺ ، يُعاكس التنافر الكهروستاتيكي وتسود البنى المتراصة. حتى عام 2000، لم يكن معروفًا على وجه اليقين ما إذا كان الحجب الكهروستاتيكي ناتجًا عن ارتباط الكاتيونات بموقع محدد في الوصلة، أو عن وجود تجمع منتشر للأيونات في المحلول. [ 2 ]

الشكل غير المتراص عبارة عن هيئة مستوية مربعة تقريبًا وممتدة. من ناحية أخرى، تحتوي الأشكال المتراصة على نطاقين حلزونيين مزدوجين متصلين يفصل بينهما زاوية حوالي 60 درجة في اتجاه يميني . يبقى اثنان من الخيوط الأربعة حلزونيين تقريبًا، ضمن كل من النطاقين الحلزونيين المزدوجين، بينما يتقاطع الخيطان الآخران بين النطاقين بشكل متضاد . [ 2 ]

يختلف الشكلان المتراصان المحتملان في أزواج الأذرع المتراصة مع بعضها؛ ويعتمد الشكل السائد بشكل كبير على تسلسلات القواعد الأقرب إلى نقطة الالتقاء. تؤدي بعض التسلسلات إلى حالة توازن بين الشكلين، بينما يفضل البعض الآخر شكلاً واحداً. على وجه الخصوص، يبدو أن نقاط الالتقاء التي تحتوي على التسلسل A-CC الذي يربط نقطة الالتقاء تفضل بشدة الشكل الذي يسمح بتكوين رابطة هيدروجينية بين السيتوزين الثاني وأحد الفوسفات عند نقطة الالتقاء. في حين ركزت معظم الدراسات على هوية القواعد الأربع الأقرب إلى نقطة الالتقاء على كل ذراع، فمن الواضح أن القواعد الأبعد يمكن أن تؤثر أيضاً على أشكال التراص المرصودة. [ 2 ]

في نقاط التفرع ذات التسلسلات المتناظرة، تكون نقطة التفرع متحركة ويمكنها الانتقال في عملية عشوائية . يختلف معدل انتقال التفرع اختلافًا كبيرًا باختلاف تركيز الأيونات، حيث تزداد أزمنة الخطوة الواحدة من 0.3 إلى 0.4 مللي ثانية في غياب الأيونات إلى 270-300 مللي ثانية عند وجود 10 مللي مولار من أيونات المغنيسيوم (Mg²⁺) . يرتبط هذا التغير في المعدل بتكوين البنى المتراصة مقابل البنى غير المتراصة. [ 2 ]

تتخذ وصلات هوليداي التي تحتوي على قطع أو كسر في أحد الخيوط عند نقطة الوصل اتجاهًا عموديًا، وتفضل دائمًا شكل التراص الذي يضع القطع على خيط متقاطع بدلاً من خيط حلزوني. [ 2 ]

تتخذ وصلات هوليداي في الحمض النووي الريبي شكلاً متراصاً مضاداً للتوازي عند تركيزات المغنيسيوم العالية، وشكلاً متراصاً عمودياً عند التركيزات المتوسطة، وتدور إلى شكل متراص متوازٍ عند التركيزات المنخفضة، بينما حتى التركيزات المنخفضة لأيونات الكالسيوم تفضل الشكل المتراص المضاد للتوازي. [ 2 ]

الوظيفة البيولوجية

المساران لإعادة التركيب المتماثل في حقيقيات النوى ، يوضحان تكوين وحلّ وصلات هوليداي.

يُعدّ تقاطع هوليداي وسيطًا رئيسيًا في إعادة التركيب المتماثل ، وهي عملية بيولوجية تزيد من التنوع الجيني عن طريق نقل الجينات بين كروموسومين ، بالإضافة إلى أحداث إعادة التركيب الموضعية التي تشمل إنزيمات التكامل . كما يشارك هذا التقاطع في إصلاح كسور الحمض النووي المزدوجة . [ 2 ] علاوة على ذلك، يمكن أن تنشأ تراكيب صليبية الشكل تتضمن تقاطعات هوليداي لتخفيف الإجهاد الحلزوني في التسلسلات المتناظرة في اللفائف الفائقة للحمض النووي . [ 3 ] في حين أن التقاطعات رباعية الأذرع تظهر أيضًا في جزيئات الحمض النووي الريبوزي الوظيفية ، مثل الحمض النووي الريبوزي U1 الخاص بالجسيم التضفيري والريبوزيم ذي البنية الدبوسية لفيروس بقعة التبغ الحلقية ، إلا أنها عادةً ما تحتوي على نيوكليوتيدات غير مزدوجة بين نطاقات الحلزون المزدوج المزدوجة، وبالتالي لا تتبنى بنية هوليداي بشكل كامل. [ 2 ]

تقع وصلات هوليداي في إعادة التركيب المتماثل بين تسلسلات متطابقة أو شبه متطابقة، مما يؤدي إلى ترتيب متناظر للتسلسلات حول الوصلة المركزية. وهذا يسمح بحدوث عملية هجرة الفروع حيث تتحرك الخيوط عبر نقطة الوصلة. [ 2 ] يمكن أن يحدث انقسام وصلة هوليداي، أو حلّها، بطريقتين. يؤدي انقسام المجموعة الأصلية من الخيوط إلى جزيئين قد يُظهران تحويلًا جينيًا ولكن ليس عبورًا كروموسوميًا ، بينما يؤدي انقسام المجموعة الأخرى من الخيطين إلى إظهار الجزيئات المُعاد تركيبها الناتجة عبورًا. جميع النواتج، بغض النظر عن الانقسام، هي جزيئات غير متجانسة في منطقة هجرة وصلة هوليداي. [ 4 ]

تستطيع العديد من البروتينات التعرف على بنية وصلة هوليداي أو تشويهها. ومن بين هذه البروتينات، توجد إنزيمات حلّ الوصلات التي تقطعها، أحيانًا بطريقة تعتمد على تسلسل محدد. تُشوّه هذه البروتينات بنية الوصلة بطرق مختلفة، وغالبًا ما تسحبها إلى هيئة غير متراصة، أو تكسر أزواج القواعد المركزية، أو تُغيّر الزوايا بين الأذرع الأربعة. ومن بين البروتينات الأخرى، بروتينات هجرة الفروع التي تزيد معدل التبادل بمقدار عدة مراتب، وإنزيمات إعادة التركيب الموجهة للموقع . [ 2 ] في بدائيات النوى، تنقسم إنزيمات حلّ وصلة هوليداي إلى عائلتين: الإنزيمات المدمجة والنيوكليازات، وتتشابه كلتاهما بنيويًا على الرغم من عدم حفظ تسلسلاتها. [ 4 ]

في حقيقيات النوى، يوجد نموذجان رئيسيان لكيفية إصلاح إعادة التركيب المتماثل لكسور الحمض النووي المزدوجة، وهما مسار إصلاح كسور الحمض النووي المزدوجة (DSBR) (يُسمى أحيانًا نموذج وصلة هوليداي المزدوجة ) ومسار تلدين السلسلة المعتمد على التخليق (SDSA). [ 5 ] في حالة كسر الحمض النووي المزدوج، يتحلل الطرف 3'، بينما يغزو الطرف 5' الأطول الكروماتيد الشقيق المجاور، مُشكلاً فقاعة تضاعف. عندما تقترب هذه الفقاعة من الحمض النووي المكسور، تغزو السلسلة المضادة 5' الأطول مرة أخرى السلسلة الموجبة لهذا الجزء من الحمض النووي، ناسخةً نسخة ثانية. عند انتهاء التضاعف، يُعاد ربط الطرفين لتشكيل وصلتي هوليداي، واللتان تُقطعان بعد ذلك بأنماط متنوعة بواسطة البروتينات. [ 6 ] يمكن مشاهدة رسم متحرك لهذه العملية هنا . [ 7 ]

تُصلح كسور الحمض النووي المزدوجة في البكتيريا عبر مسار RecBCD لإعادة التركيب المتماثل. أما الكسور التي تحدث على أحد شريطي الحمض النووي فقط، والمعروفة باسم فجوات الشريط المفرد، فيُعتقد أنها تُصلح عبر مسار RecF . يتضمن كل من مساري RecBCD وRecF سلسلة من التفاعلات تُعرف بهجرة الفروع، حيث يتم تبادل شرائط الحمض النووي المفردة بين جزيئين متقاطعين من الحمض النووي المزدوج، والحل ، حيث يتم فصل هذين الجزيئين المتقاطعين من الحمض النووي وإعادتهما إلى حالتهما الطبيعية المزدوجة. [ 8 ] تحدث إعادة التركيب المتماثل في العديد من مجموعات الفيروسات. في فيروسات الحمض النووي مثل فيروس الهربس ، تحدث إعادة التركيب من خلال آلية الكسر وإعادة الربط كما هو الحال في البكتيريا وحقيقيات النوى. [ 9 ] في البكتيريا، تُسهّل هجرة الفروع بواسطة مُركّب RuvABC أو بروتين RecG ، وهما محركان جزيئيان يستخدمان طاقة تحلل ATP لتحريك الوصلة. يجب بعد ذلك فصل الوصلة إلى سلسلتين مزدوجتين منفصلتين، لاستعادة إما التكوين الأصلي أو تكوين متقاطع. يمكن أن يحدث الفصل أفقيًا أو رأسيًا أثناء إعادة التركيب المتماثل، مما ينتج عنه منتجات رقعية (إذا كانت في نفس الاتجاه أثناء إصلاح انقطاع السلسلة المزدوجة) أو منتجات وصل (إذا كانت في اتجاهات مختلفة أثناء إصلاح انقطاع السلسلة المزدوجة). [ 10 ] [ 11 ] RuvA وRuvB هما بروتينات هجرة الفروع، بينما RuvC هو إنزيم فصل الوصلة. [ 2 ]

توجد أدلة على حدوث إعادة تركيب في بعض فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) ، وتحديدًا فيروسات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة موجبة الاتجاه مثل الفيروسات القهقرية ، وفيروسات البيكورنا ، وفيروسات كورونا . ويُثار جدل حول ما إذا كانت إعادة التركيب المتماثل تحدث في فيروسات الحمض النووي الريبي أحادي السلسلة سالبة الاتجاه مثل فيروس الإنفلونزا . [ 12 ]

دقة

في خميرة التبرعم Saccharomyces cerevisiae ، يمكن حلّ تقاطعات هوليداي عبر أربعة مسارات مختلفة تُفسّر جميع حالات حلّ هذه التقاطعات تقريبًا داخل الكائن الحي . [ 13 ] المسار الذي يُنتج غالبية عمليات العبور في خميرة التبرعم S. cerevisiae ، وربما في الثدييات، يتضمن البروتينات EXO1 ، وثنائي MLH1 - MLH3 غير المتجانس (المسمى MutL gamma)، و SGS1 (المماثل لهيليكاز متلازمة بلوم ). [ 13 ] يرتبط ثنائي MLH1-MLH3 غير المتجانس بشكل تفضيلي بتقاطعات هوليداي. [ 14 ] وهو إنزيم نووي داخلي يُحدث فواصل أحادية السلسلة في الحمض النووي المزدوج فائق الالتفاف. [ 14 ] [ 15 ] يُعزز ثنائي MLH1-MLH3 غير المتجانس تكوين المُعاد تركيبه الناتج عن العبور . [ 16 ] في حين أن المسارات الثلاثة الأخرى، التي تشمل البروتينات MUS81 -MMS4 وSLX1 وYEN1 على التوالي، يمكن أن تعزز حل وصلة هوليداي في الجسم الحي، فإن غياب جميع النيوكليازات الثلاثة له تأثير متواضع فقط على تكوين منتجات العبور.

أظهرت الطفرات المزدوجة المحذوفة لكل من MLH3 (المسار الرئيسي) وMMS4 (المسار الثانوي) انخفاضًا كبيرًا في العبور مقارنةً بالنمط البري (من 6 إلى 17 ضعفًا)؛ ومع ذلك، كانت حيوية الأبواغ عالية نسبيًا (62%)، وبدا أن انفصال الكروموسومات وظيفيًا في الغالب. [ 16 ]

على الرغم من أن MUS81 يُعدّ مكونًا لمسار عبور ثانوي في الانقسام الاختزالي للخميرة المتبرعمة والنباتات والفقاريات، [ 17 ] إلا أنه في الأوليات Tetrahymena thermophila ، يبدو أن MUS81 جزء من مسار عبور أساسي، إن لم يكن المسار السائد. [ 17 ] كما يبدو أن مسار MUS81 هو مسار العبور السائد في خميرة الانشطار Schizosaccharomyces pombe . [ 17 ]

يشكل بروتينا MSH4 و MSH5 بنيةً غير متجانسة (ثنائي غير متجانس) في الخميرة والإنسان. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] في خميرة Saccharomyces cerevisiae، يعمل MSH4 وMSH5 تحديدًا على تسهيل عمليات العبور بين الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الاختزالي. [ 18 ] يرتبط معقد MSH4/MSH5 بوصلات هوليداي المزدوجة ويثبتها، ويعزز انفصالها إلى نواتج العبور. أظهرت طفرة MSH4 ناقصة الوظيفة (ذات وظيفة جزئية) في S. cerevisiae انخفاضًا بنسبة 30% في أعداد العبور على مستوى الجينوم، وعددًا كبيرًا من الانقسامات الاختزالية ذات الكروموسومات غير المتبادلة. [ 21 ] ومع ذلك، أدت هذه الطفرة إلى أنماط حيوية للأبواغ تشير إلى أن انفصال الكروموسومات غير المتبادلة حدث بكفاءة. وبالتالي، يبدو أن الانفصال الصحيح في الخميرة S. cerevisiae لا يعتمد كليًا على عمليات العبور بين الأزواج المتماثلة. وقد أظهرت دراسة حديثة أن إنزيم Cas12a المرتبط بتقنية CRISPR والمستخلص من بكتيريا Acidominococcus قادر على حلّ وصلة هوليداي في المختبر . [ 22 ]

الاستخدام في تقنية النانو الحمض النووي

يحتوي هذا المركب فوق الجزيئي ذو التقاطع المزدوج (DX) على وصلتين من نوع هوليداي بين نطاقي الحلزون المزدوج ، في الأعلى والأسفل في هذه الصورة. هذه الوحدة قادرة على تشكيل مصفوفات ثنائية الأبعاد. [ 23 ]

تُعنى تقنية النانو الحمض النووي بتصميم وتصنيع هياكل حمض نووي اصطناعية كمواد هندسية لتقنية النانو، بدلاً من استخدامها كناقلات للمعلومات الوراثية في الخلايا الحية. يستخدم هذا المجال هياكل الحمض النووي المتفرعة كمكونات أساسية لإنشاء هياكل أكثر تعقيدًا ومصممة بدقة. تُعدّ وصلات هوليداي بالتالي مكونات أساسية للعديد من هذه الهياكل. ولأنّ مركبات وصلات هوليداي المعزولة مرنة للغاية بحيث لا يمكن تجميعها في مصفوفات كبيرة ومنظمة، تُستخدم أنماط هيكلية تحتوي على وصلات هوليداي متعددة لإنشاء " بلاطات " صلبة يمكن تجميعها لاحقًا في "مصفوفات" أكبر. [ 24 ] [ 25 ]

مخططات لمركب مثلث التنسيغريتي يحتوي على ثلاثة وصلات هوليداي، سواءً بشكل منفرد (أ) أو كجزء من بلورة (ب، ج). بالإضافة إلى الترتيب ثنائي الأبعاد الموضح، فإن هذا التركيب قادر على تكوين بلورات ثلاثية الأبعاد. [ 26 ]

أكثر هذه الأنماط شيوعًا هو معقد التقاطع المزدوج (DX)، الذي يحتوي على وصلتين من نوع هوليداي متقاربتين، مما ينتج عنه بنية صلبة قادرة على التجميع الذاتي في مصفوفات أكبر. تجبر بنية جزيء DX وصلات هوليداي على اتخاذ هيئة يكون فيها نطاقا الحلزون المزدوج متجاورين تمامًا، على عكس زاويتهما المفضلة التي تبلغ حوالي 60 درجة. يمكن تصميم المعقد لإجبار الوصلات على اتخاذ اتجاه متوازٍ أو متعاكس، ولكن عمليًا، يكون النوع المتعاكس أكثر استقرارًا، ونادرًا ما يُستخدم النوع المتوازي. [ 24 ] [ 25 ]

يُعدّ النمط البنيوي DX اللبنة الأساسية في طريقة طي الحمض النووي (DNA origami) ، والتي تُستخدم لصنع هياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد ذات أشكال عشوائية. فبدلاً من استخدام وحدات DX منفردة، يتم طي خيط سقالة طويل واحد إلى الشكل المطلوب بواسطة عدد من خيوط التثبيت القصيرة. وعند التجميع، يكون خيط السقالة متصلاً عبر نطاقات الحلزون المزدوج، بينما تشارك خيوط التثبيت في وصلات هوليداي كخيوط متقاطعة. [ 27 ]

تم إثبات وجود بعض أنواع البلاطات التي تحتفظ بزاوية 60 درجة الأصلية لوصلة هوليداي. يستخدم أحد هذه المصفوفات بلاطات تحتوي على أربع وصلات هوليداي مرتبة على شكل متوازي أضلاع. وقد أتاح هذا التركيب ميزة تصوير زاوية الوصلة مباشرةً باستخدام مجهر القوة الذرية . كما استُخدمت بلاطات تحتوي على ثلاث وصلات هوليداي مرتبة بشكل مثلثي لإنشاء مصفوفات ثلاثية الأبعاد دورية تُستخدم في علم البلورات بالأشعة السينية للجزيئات الحيوية. سُميت هذه التراكيب بهذا الاسم لتشابهها مع الوحدات البنائية القائمة على مبدأ التنسيغريتي ، الذي يستخدم عناصر في كل من الشد والضغط. [ 24 ] [ 25 ]

تاريخ

اقترح روبن هوليداي بنية الوصلة التي تحمل اسمه الآن كجزء من نموذجه لإعادة التركيب المتماثل في عام 1964، استنادًا إلى أبحاثه على الكائنين Ustilago maydis و Saccharomyces cerevisiae . قدّم النموذج آلية جزيئية تفسّر كلاً من تحويل الجينات والعبور الكروموسومي . أدرك هوليداي أن المسار المقترح سيُنتج أجزاءً من الحمض النووي غير المتجانس (هيترودوبلكس) مع عدم تطابق في القواعد بين نسخ مختلفة من جين واحد. وتوقع أن الخلية ستمتلك آلية لإصلاح عدم التطابق، والتي تم اكتشافها لاحقًا. [ 4 ] قبل نموذج هوليداي، كان النموذج المقبول يتضمن آلية اختيار النسخ [ 28 ] حيث يتم تصنيع السلسلة الجديدة مباشرةً من أجزاء من السلاسل الأصلية المختلفة. [ 29 ]

في نموذج هوليداي الأصلي لإعادة التركيب المتماثل، تحدث فواصل أحادية السلسلة عند نفس النقطة على إحدى سلسلتي الحمض النووي الأبوي. ثم تهاجر الأطراف الحرة لكل سلسلة مكسورة إلى حلزون الحمض النووي الآخر. هناك، تلتحم السلاسل الغازية بالأطراف الحرة التي تصادفها، مما يؤدي إلى تكوين وصلة هوليداي. عندما تعود كل سلسلة متقاطعة إلى الالتحام بسلسلتها الأصلية، فإنها تُزيح السلسلة المكملة الأصلية أمامها. يتسبب هذا في هجرة وصلة هوليداي، مما يُنشئ أجزاء الحمض النووي الهجين. اعتمادًا على السلسلة التي استُخدمت كقالب لإصلاح الأخرى، قد ينتهي الأمر بالخلايا الأربع الناتجة عن الانقسام الاختزالي بثلاث نسخ من أحد الأليلات ونسخة واحدة فقط من الآخر، بدلًا من النسختين الطبيعيتين من كل منهما، وهي خاصية تُعرف بتحويل الجينات. [ 4 ]

افترض نموذج هوليداي الأصلي وجود الحمض النووي الهجين على كلا الكروموسومين، لكن البيانات التجريبية على الخميرة دحضت هذا الافتراض. وفي عام 1975، قدم مات ميسلسون وتشارلي رادينغ نموذجًا مُحدثًا طرحا فيه فكرة هجرة الفروع. [ 28 ] وأدت ملاحظات أخرى في ثمانينيات القرن العشرين إلى اقتراح آليات بديلة لإعادة التركيب، مثل نموذج كسر الشريط المزدوج ( لجاك زوستاك وفرانك ستال وآخرين) ونموذج تلدين الشريط الأحادي. أما النموذج الثالث، وهو نموذج تلدين الشريط المعتمد على التخليق، فلم يتضمن وصلات هوليداي. [ 4 ]

ظهرت أولى الأدلة التجريبية على بنية وصلة هوليداي من دراسات المجهر الإلكتروني في أواخر سبعينيات القرن الماضي، حيث كانت البنية الرباعية الأذرع واضحة في صور الحمض النووي للبلازميدات والبكتيريا العاثية . وفي ثمانينيات القرن الماضي، تم تحديد الإنزيمات المسؤولة عن بدء تكوين وصلات هوليداي والارتباط بها، إلا أنه حتى عام ٢٠٠٤، ظل تحديد إنزيمات حلّ وصلات هوليداي في الثدييات غير ممكن (مع ذلك، انظر قسم "حلّ وصلات هوليداي" أعلاه لمزيد من المعلومات الحديثة). في عام ١٩٨٣، قام نادريان سيمان بتصنيع جزيئات وصلة هوليداي اصطناعية لأول مرة من قليل النوكليوتيدات الاصطناعية ، مما أتاح دراسة خصائصها الفيزيائية بشكل مباشر. وقد استُنتج جزء كبير من التحليل المبكر لبنية وصلة هوليداي من الرحلان الكهربائي الهلامي ، ونقل طاقة الرنين الفلوري (FRET) ، ودراسات بصمة جذور الهيدروكسيل والنوكلياز . في تسعينيات القرن العشرين، أصبحت طرق علم البلورات والرنين النووي المغناطيسي للأحماض النووية متاحة، بالإضافة إلى أدوات النمذجة الجزيئية الحاسوبية. [ 2 ] [ 4 ] [ 30 ]

في البداية، افترض علماء الوراثة أن الوصلة ستتخذ شكلاً متوازياً بدلاً من الشكل المتضاد ، لأن ذلك سيجعل اللوالب المزدوجة المتماثلة أقرب إلى بعضها البعض. [ 2 ] أظهر التحليل الكيميائي في ثمانينيات القرن الماضي أن الوصلة تفضل في الواقع الشكل المتضاد، وهو اكتشاف اعتبر مثيراً للجدل، حتى أن روبن هوليداي نفسه شكك في النتائج في البداية. [ 2 ] [ 4 ] أصبح الشكل المتضاد مقبولاً على نطاق واسع لاحقاً بفضل بيانات علم البلورات بالأشعة السينية على الجزيئات في المختبر ، على الرغم من أنه حتى عام 2004، ظلت الآثار المترتبة على البنية داخل الكائن الحي غير واضحة، خاصةً أن بنية الوصلات غالباً ما تتغير بفعل البروتينات المرتبطة بها. [ 4 ]

وضع نادريان سيمان الأساس المفاهيمي لتقنية النانو القائمة على الحمض النووي في أوائل ثمانينيات القرن العشرين. [ 31 ] كان عدد من تراكيب الحمض النووي المتفرعة الطبيعية معروفًا آنذاك، بما في ذلك شوكة تضاعف الحمض النووي ووصلة هوليداي المتحركة، لكن رؤية سيمان تمثلت في إمكانية إنشاء وصلات حمض نووي ثابتة من خلال تصميم تسلسلات السلاسل بشكل مناسب لإزالة التناظر في الجزيء المُجمَّع، وأن هذه الوصلات الثابتة يُمكن من حيث المبدأ دمجها في شبكات بلورية صلبة. نُشرت أول ورقة بحثية نظرية تقترح هذا المخطط في عام 1982، ونُشرت أول تجربة عملية لوصلة حمض نووي ثابتة في العام التالي. [ 25 ] [ 32 ] طوّر سيمان نمط التقاطع المزدوج (DX) الأكثر صلابة ، والمناسب لتكوين شبكات ثنائية الأبعاد، والذي عرضه هو وإريك وينفري في عام 1998 . [ 24 ] في عام 2006، قدّم بول روثيموند أول عرض لتقنية طي الحمض النووي (DNA origami) لإنشاء هياكل الحمض النووي المطوية ذات الأشكال المختلفة بسهولة ودقة. سمحت هذه الطريقة بإنشاء هياكل أكبر بكثير مما كان ممكنًا سابقًا، وهي أقل تعقيدًا من الناحية التقنية في التصميم والتركيب. [ 33 ] نُشر تركيب الشبكة ثلاثية الأبعاد أخيرًا بواسطة سيمان في عام 2009، بعد ما يقرب من ثلاثين عامًا من سعيه لتحقيق ذلك. [ 34 ]

مراجع

  1. ↑ هوليداي، روبن (1964). "آلية تحويل الجينات في الفطريات" . البحوث الجينية . 5 (2): 282. doi : 10.1017/S0016672300001233 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ليلي، ديفيد إم جيه (2000). "بنى الوصلات الحلزونية في الأحماض النووية". المراجعات الفصلية للفيزياء الحيوية . 33 (2): 109-159 . doi : 10.1017/S0033583500003590 . PMID 11131562. S2CID 40501795 .  
  3. ↑ بلومفيلد، فيكتور أ.؛ كروثرز ، دونالد م.؛ تينوكو الابن، إغناسيو (2000). الأحماض النووية: تراكيبها وخصائصها ووظائفها . سوساليتو، كاليفورنيا: منشورات جامعة ساينس. ص 468. ISBN  0-935702-49-0.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 ليو واي، ويست إس (2004). "عطلات سعيدة: الذكرى الأربعون لتقاطع العطلات". مراجعات الطبيعة في بيولوجيا الخلية الجزيئية . 5 (11): 937-44 . doi : 10.1038/nrm1502 . PMID 15520813. S2CID 24520723 .  
  5. ↑ سونغ، ب؛ كلاين، هـ (أكتوبر 2006). "آلية إعادة التركيب المتماثل: الوسائط والهيليكازات تضطلع بوظائف تنظيمية". مجلة نيتشر ريفيوز لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي . 7 (10): 739-750 . doi : 10.1038/nrm2008 . PMID 16926856. S2CID 30324005 .  
  6. ↑ هارتل، دانيال ل.؛ جونز، إليزابيث و. (2009). "الفصل 6: البيولوجيا الجزيئية لتضاعف الحمض النووي وإعادة التركيب" . علم الوراثة: تحليل علم الوراثة والمجينات . بيرلينجتون: جونز وبارتليت. ISBN 978-0-7637-5868-4.
  7. ↑ هيليداي، ت. (20 نوفمبر 2018). "إصلاح انقطاع السلك المزدوج عبر وصلات هوليداي المزدوجة (نموذج شوستاك)" . رسوم متحركة . معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
  8. ↑ روشا، إي بي سي؛ كورنيه، إي؛ ميشيل، بي (أغسطس 2005). "تحليل مقارن وتطوري لأنظمة إعادة التركيب المتماثل في البكتيريا" . مجلة PLOS Genetics . 1 (2) e15. doi : 10.1371/journal.pgen.0010015 . PMC 1193525. PMID 16132081 .  أيقونة الوصول المفتوح
  9. ↑ فليشمان الابن، دبليو آر (1996). "الفصل 43" . علم الأحياء الدقيقة الطبية ( الطبعة الرابعة). فرع جامعة تكساس الطبي في جالفستون. ISBN  0-9631172-1-1.
  10. ↑ ويست ، إس سي (2003). "نظرة جزيئية على بروتينات إعادة التركيب وآليات التحكم بها". مجلة نيتشر ريفيوز لعلم الأحياء الخلوي الجزيئي . 4 (6): 435-445 . doi : 10.1038/nrm1127 . PMID 12778123. S2CID 28474965 .  
  11. ↑ كوالتشيكوفسكي، إس سي (2000). "بدء إعادة التركيب الجيني والتضاعف المعتمد على إعادة التركيب". اتجاهات في العلوم البيوكيميائية . 25 (4): 156-165 . doi : 10.1016/S0968-0004(00)01569-3 . PMID 10754547 . 
  12. ↑ بوني، إم إف؛ دي يونغ، إم دي؛ فان دورن، إتش آر؛ هولمز، إي سي؛ مارتن، دارين بي. (3 مايو 2010). مارتن، دارين بي. (محرر). "إرشادات لتحديد أحداث إعادة التركيب المتماثل في فيروس الإنفلونزا أ" . PLOS ONE . 5 (5) e10434. Bibcode : 2010PLoSO...510434B . doi : 10.1371/journal.pone.0010434 . PMC 2862710. PMID 20454662 .  أيقونة الوصول المفتوح
  13. 1 2 زاخاريفيتش، ك؛ تانغ، س؛ ما، ي؛ هنتر، ن (أبريل 2012). "تحديد مسارات حلّ الجزيئات المشتركة في الانقسام الاختزالي يكشف عن إنزيم حلّ خاص بالعبور" . الخلية . 149 ( 2): 334-47 . doi : 10.1016/j.cell.2012.03.023 . PMC 3377385. PMID 22500800 .  
  14. 1 2 رانجا، ل؛ أناند، ر؛ سيجكا، ب (2014). "إن ثنائي Mlh1-Mlh3 غير المتجانس في الخميرة Saccharomyces cerevisiae هو إنزيم نووي داخلي يرتبط بشكل تفضيلي بوصلات هوليداي" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 289 (9): 5674-86 . doi : 10.1074/jbc.M113.533810 . PMC 3937642. PMID 24443562 .  
  15. ↑ روغاتشيفا إم في، مانارت سي إم، تشين سي، غوارن إيه، سورتيس جيه، علاني إي (2014). "Mlh1-Mlh3، عامل عبور ميوزي وإصلاح عدم تطابق الحمض النووي، هو إنزيم نووي داخلي مُحفَّز بواسطة Msh2-Msh3" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 289 (9): 5664-73 . doi : 10.1074/jbc.M113.534644 . PMC 3937641. PMID 24403070 .  
  16. 1 2 سونتاج براون م، ليم إي، تشين سي، نيشانت كيه تي، علاني إي (2013). "التحليل الجيني لطفرات mlh3 يكشف عن تفاعلات بين عوامل تعزيز العبور أثناء الانقسام الاختزالي في خميرة الخباز" . G3 : الجينات، الجينومات، علم الوراثة . 3 (1): 9-22 . doi : 10.1534/g3.112.004622 . PMC 3538346. PMID 23316435 .  
  17. 1 2 3 لوكاسيفيتش أ، هوارد-تيل ر.أ، لويدل ج (2013). "إنزيم نوكلياز Mus81 وإنزيم هيليكاز Sgs1 ضروريان لإعادة التركيب الميوزي في كائن أولي يفتقر إلى معقد متشابك" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 41 (20): 9296-309 . doi : 10.1093/nar/gkt703 . PMC 3814389. PMID 23935123 .  
  18. 1 2 بوشارت، ب.، وولترينغ، د.، وهولينغسورث، ن.م. (1997). "الخصائص المحفوظة بين نظائر MutS المتميزة وظيفيًا في الخميرة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 272 ​​(48): 30345-30349 . doi : 10.1074/jbc.272.48.30345 . PMID 9374523 . 
  19. ↑ ويناند، ن. ج.، بانزر، ج. أ.، وكولودنر، ر. د. (1998). "استنساخ وتوصيف نظائر جين MSH5 في الخميرة Saccharomyces cerevisiae لدى الإنسان والديدان الأسطوانية Caenorhabditis elegans" . علم الجينوم . 53 (1): 69-80 . doi : 10.1006/geno.1998.5447 . PMID 9787078 . 
  20. ↑ بوكر تي، باروسيفيسيوس أ، سنودن تي، راسيو دي، غيريت إس، روبنز دي، شميدت سي، بورزاك جيه، كروتش سي إم، كوبلاند تي، كوفاتيتش إيه جيه، فيشيل آر (1999). "hMSH5: نظير بشري لـ MutS يشكل ثنائيًا غير متجانس جديدًا مع hMSH4 ويتم التعبير عنه أثناء تكوين الحيوانات المنوية". أبحاث السرطان . 59 (4): 816-22 . PMID 10029069 . 
  21. ↑ كريشنا براساد جي إن، أناند إم تي، لين جي، تيكيديل إم إم، شتاينميتز إل إم، نيشانت كيه تي (2015). " يؤثر التباين في ترددات العبور على ضمان العبور دون التأثير على انفصال الكروموسومات الانقسامي في الخميرة Saccharomyces cerevisiae" . علم الوراثة . 199 (2): 399-412 . doi : 10.1534/genetics.114.172320 . PMC 4317650. PMID 25467183 .  
  22. ↑ بهاتاشاريا، سوبريت؛ أغاروال، أنكيت؛ مونيبابا، كالابا (2024). "فك شفرة خصوصية الركيزة يكشف أن CRISPR-Cas12a إنزيم ثنائي الوظيفة يتمتع بنشاط نوكلياز داخلي وخارجي". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 436 (10). doi : 10.1016/j.jmb.2024.168550 . PMID 38575054 . 
  23. ↑ ماو، تشنغده (ديسمبر 2004). "ظهور التعقيد: دروس من الحمض النووي" . مجلة PLOS Biology . 2 (12): 2036-2038 . doi : 10.1371/journal.pbio.0020431 . PMC 535573. PMID 15597116 .  
  24. 1 2 3 4 سيمان، نادريان سي. (يونيو 2004). "تقنية النانو والحلزون المزدوج". مجلة ساينتفك أمريكان . 290 (6): 64-75 . Bibcode : 2004SciAm.290f..64S . doi : 10.1038/scientificamerican0604-64 . PMID 15195395 . 
  25. 1 2 3 4 سيمان، نادريان سي . (2010). "مواد نانوية قائمة على الحمض النووي" . المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 79 : 65-87 . doi : 10.1146/annurev-biochem-060308-102244 . PMC 3454582. PMID 20222824 .  
  26. ↑ بان، كياو؛ كيم، دو نيون؛ تشانغ، فاي. ادندورف، ماثيو ر. يان، هاو؛ باث ، مارك (2014-12-03). “التنبؤ الخالي من الشبكة للبنية ثلاثية الأبعاد لتجمعات الحمض النووي المبرمجة” . اتصالات الطبيعة . 5 : 5578. بيب كود : 2014NatCo...5.5578P . دوى : 10.1038/ncomms6578 . بمك 4268701 . بميد 25470497 .  
  27. ↑ ساكا، باربرا؛ نيمير، كريستوف م. (2012). "فن طي الحمض النووي: فن طي الحمض النووي" (ملف PDF) . Angewandte Chemie International Edition . 51 (1): 58–66 . doi : 10.1002/anie.201105846 . PMID 22162047. S2CID 8014597. تاريخ الاسترجاع: 25 فبراير 2015 .  
  28. 1 2 ستال ، ف. و. (1 أكتوبر 1994). "تقاطع هوليداي في الذكرى الثلاثين لتأسيسه" ( ملف PDF ) . علم الوراثة . 138 (2): 241-246 . doi : 10.1093/genetics/138.2.241 . PMC 1206142. PMID 7828807 .  
  29. ↑ التطورات في علم الوراثة . دار النشر الأكاديمية. 1971. رقم ISBN 978-0-08-056802-7.
  30. ↑ هايز، ف. أ.، واتسون، ج.، هو، ب. س. (2003). "تحذير! تقاطع الحمض النووي: البنى البلورية لتقاطعات هوليداي" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 278 (50): 49663-49666 . doi : 10.1074/jbc.R300033200 . PMID 14563836 . 
  31. ↑ بيليسكو، جون أ. (2007). التجميع الذاتي: علم الأشياء التي تُركّب نفسها بنفسها . نيويورك: تشابمان آند هول/سي آر سي. الصفحات 201، 242، 259. ISBN  978-1-58488-687-7.
  32. ↑ بينهيرو، أ.ف.؛ هان، د.؛ شيه، و.م.؛ يان، هـ. (ديسمبر 2011). "التحديات والفرص المتاحة لتقنية النانو الهيكلية للحمض النووي" . مجلة نيتشر لتقنية النانو . 6 (12): 763-772 . Bibcode : 2011NatNa...6..763P . doi : 10.1038/nnano.2011.187 . PMC 3334823. PMID 22056726 .  
  33. ↑ روثيموند، بول دبليو كيه (2006). "أوريغامي الحمض النووي المدعوم: من عمليات التقاطع المتعددة المعممة إلى الشبكات المضلعة". في: تشين، جونغوي؛ جونوسكا، ناتاشا؛ روزنبرغ، غريغورز (محررون). تقنية النانو: العلم والحوسبة . سلسلة الحوسبة الطبيعية. نيويورك: سبرينغر. ص 3-21 . doi : 10.1007/3-540-30296-4_1 . ISBN  978-3-540-30295-7.
  34. ↑ سيرفيس، روبرت ف. (3 يونيو 2011). "تقنية النانو القائمة على الحمض النووي تتطور". مجلة ساينس . 332 (6034): 1140-1143 . Bibcode : 2011Sci...332.1140S . doi : 10.1126/science.332.6034.1140 . PMID 21636754 .