مُركّب ما قبل التضاعف

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي مبسط لتحميل مُركَّب ما قبل التضاعف في حقيقيات النوى

مُركّب ما قبل التضاعف ( pre-RC ) هو مُركّب بروتيني يتشكّل عند نقطة بدء التضاعف خلال مرحلة بدء تضاعف الحمض النووي . يُعدّ تكوّن مُركّب ما قبل التضاعف ضروريًا لحدوث تضاعف الحمض النووي. يضمن التضاعف الكامل والدقيق للجينوم أن تحمل كل خلية ابنة نفس المعلومات الوراثية التي تحملها الخلية الأم. وبناءً على ذلك، يُعدّ تكوّن مُركّب ما قبل التضاعف جزءًا بالغ الأهمية من دورة الخلية .

عناصر

مع تطور الكائنات الحية وازدياد تعقيدها، تطورت معها سلاسلها الزمنية الأولية. فيما يلي ملخص لمكونات هذه السلاسل في مختلف مجالات الحياة.

في البكتيريا ، يُعدّ DnaA المكوّن الرئيسي لمركب ما قبل التضاعف (pre-RC ). يكتمل مركب ما قبل التضاعف عندما يشغل DnaA جميع مواقع ارتباطه ضمن منشأ التضاعف البكتيري ( oriC ). وتُحدّد المواقع المحددة التي يرتبط بها DnaA على oriC ما إذا كانت الخلية تحتوي على مركب التعرف على منشأ التضاعف البكتيري (bORC) أو مركب ما قبل التضاعف. [ 1 ]

يختلف مُركَّب ما قبل التضاعف (pre-RC) في العتائق اختلافًا كبيرًا عن نظيره في البكتيريا، ويمكن اعتباره نموذجًا مُبسَّطًا لمُركَّب ما قبل التضاعف في حقيقيات النوى. ويتكوَّن من بروتين مُركَّب التعرُّف على الأصل (ORC) أحادي، Cdc6 / ORC1 ، وسداسي مُتماثل من بروتين صيانة الكروموسوم المصغر (MCM). كما يستخدم Sulfolobus islandicus نظيرًا لـ Cdt1 للتعرّف على أحد أصول التضاعف لديه. [ 2 ]

يُعد مُركّب ما قبل التضاعف (pre-RC) في حقيقيات النوى الأكثر تعقيدًا وتنظيمًا. يتكون في معظم حقيقيات النوى من ستة بروتينات ORC (ORC1-6)، و Cdc6 ، وCdt1 ، وسداسي غير متجانس من بروتينات MCM الستة (MCM2-7). يُعتقد أن سداسي MCM غير المتجانس قد نشأ عبر أحداث تضاعف جينات MCM وما تلاها من تطور متباين. يختلف مُركّب ما قبل التضاعف في فطر الانشطار ( Schizosaccharomyces pombe ) اختلافًا ملحوظًا عن نظيره في حقيقيات النوى الأخرى؛ إذ يُستبدل Cdc6 بالبروتين المتماثل Cdc18. كما يُضاف Sap1 إلى مُركّب ما قبل التضاعف في S. pombe لأنه ضروري لارتباط Cdc18. يحتوي مُركّب ما قبل التضاعف في الضفدع الأفريقي ( Xenopus laevis ) أيضًا على بروتين إضافي، MCM9، يُساعد في تحميل سداسي MCM غير المتجانس على منشأ التضاعف. [ 3 ] تم تحديد بنية كل من ORC وMCM، بالإضافة إلى المركب الوسيط ORC-Cdc6-Cdt1-Mcm2-7 (OCCM). [ 4 ]

التعرف على أصل التضاعف

يُعدّ تحديد أصل التضاعف خطوة أولى حاسمة في تكوين مُركّب ما قبل التضاعف. وتختلف هذه العملية باختلاف مجالات الحياة.

في بدائيات النوى، يتم التعرف على منشأ التضاعف بواسطة بروتين DnaA. يرتبط DnaA بقوة بتسلسل توافقي مكون من 9 أزواج قاعدية في oriC؛ 5' – TTATCCACA – 3'. يوجد 5 تسلسلات من هذا النوع (R1-R5) و4 تسلسلات غير توافقية (I1-I4) داخل oriC، يرتبط بها DnaA بدرجات متفاوتة من الألفة. يرتبط DnaA بالتسلسلات R4 وR1 وR2 بألفة عالية، وبالتسلسلات R5 وI1 وI2 وI3 وR3 بألفة أقل. [ 5 ] في الكائنات الحية، لوحظ أن ارتباط DnaA بمواقع التعرف يحدث بالترتيب التالي: R1، ثم R2، ثم R4، مما يشكل معقد التعرف الأساسي (bORC). بعد ذلك، ترتبط مواقع التعرف الأخرى ذات الألفة الأقل، والمكونة من 9 أزواج قاعدية، بـ DnaA، مما يشكل معقد التعرف الأولي (pre-RC). [ 6 ]

تمتلك العتائق من 1 إلى 3 مواقع لبدء التضاعف. وتكون هذه المواقع عادةً عبارة عن تتابعات غنية بالأدينين والثايمين، وتختلف باختلاف أنواع العتائق. ويتعرف بروتين ORC الفريد في العتائق على هذه التتابعات الغنية بالأدينين والثايمين، ويرتبط بالحمض النووي بطريقة تعتمد على الأدينين ثلاثي الفوسفات.

تحتوي حقيقيات النوى عادةً على مواقع بدء تضاعف متعددة، واحد على الأقل لكل كروموسوم. تُعدّ خميرة Saccharomyces cerevisiae ( S. cerevisiae ) حقيقية النوى الوحيدة المعروفة بتسلسل بدء تضاعف مُحدد TTTTTATG/ATTTA/T. [ 7 ] يتعرف ORC1-5 على هذا التسلسل. من غير المعروف أن ORC6 يرتبط بالحمض النووي في S. cerevisiae . أما تسلسلات بدء التضاعف في S. pombe وحقيقيات النوى العليا، فهي غير محددة بدقة. ومع ذلك، فإن تسلسلات بدء التضاعف عادةً ما تكون غنية بالأدينين والثايمين (AT) أو تُظهر بنيةً غير منتظمة للحمض النووي. من المعروف أن بروتين ORC4 يرتبط بالجزء الغني بالأدينين والثايمين من موقع بدء التضاعف في S. pombe باستخدام أنماط ربط الأدينين والثايمين . آلية التعرف على مواقع بدء التضاعف في حقيقيات النوى العليا غير مفهومة تمامًا، ولكن يُعتقد أن بروتينات ORC1-6 تعتمد على بنية غير عادية للحمض النووي للارتباط. [ 8 ]

تحميل

نظرة عامة على تضاعف الكروموسومات في دورة الخلية

لا يتشكل مُركّب ما قبل التضاعف إلا خلال المرحلة المتأخرة من الطور M والمرحلة المبكرة من الطور G1 من دورة الخلية، عندما يكون نشاط كينازات السيكلين المعتمدة (CDK) منخفضًا. يضمن هذا التوقيت، إلى جانب آليات تنظيمية أخرى، أن يحدث تضاعف الحمض النووي مرة واحدة فقط في كل دورة خلوية. يعتمد تشكل مُركّب ما قبل التضاعف على التعرف المسبق على نقطة بدء التضاعف، إما بواسطة DnaA في بدائيات النوى أو بواسطة مُركّب التعرف على نقطة بدء التضاعف (ORC) في العتائق وحقيقيات النوى.

تكتمل عملية ما قبل التضاعف (pre-RC) في بدائيات النوى عندما يشغل بروتين DnaA جميع مواقع الارتباط الممكنة داخل منطقة بدء التضاعف oriC. لا يستطيع DnaA الارتباط إلا بالمواقع ذات الألفة المنخفضة على oriC بعد إزالة بروتين fis منها. عند إزالة fis، يرتبط بروتين IHF (عامل المضيف المتكامل) بموقع بين R1 وR2، مما يسمح لـ DnaA بالارتباط بالمواقع ذات الألفة المنخفضة على oriC. وبذلك تكتمل عملية ما قبل التضاعف. [ 9 ]

يتطلب مُركّب ما قبل التضاعف (pre-RC) في العتائق ارتباط مُركّب التضاعف الأصلي (ORC) بمنطقة بدء التضاعف. بعد ذلك، يرتبط كل من Cdc6 ومُركّب MCM السداسي المتجانس بشكل متسلسل.

تمتلك حقيقيات النوى أكثر معقدات ما قبل التضاعف تعقيدًا. بعد ارتباط معقدات التضاعف ORC1-6 بموقع بدء التضاعف، يتم استقطاب Cdc6. يقوم Cdc6 باستقطاب عامل الترخيص Cdt1 وMCM2-7. يؤدي ارتباط Cdt1 وتحلل ATP بواسطة ORC وCdc6 إلى تحميل MCM2-7 على الحمض النووي. يوجد فائض قياسي من بروتينات MCM مقارنةً ببروتينات ORC وCdc6، مما يشير إلى احتمال وجود عدة وحدات غير متجانسة سداسية من MCM مرتبطة بكل موقع بدء تضاعف. [ 3 ]

بدء عملية التضاعف

بعد تكوين معقد ما قبل التضاعف، يجب تنشيطه وتجميع معقد التضاعف حتى يحدث تضاعف الحمض النووي.

في بدائيات النوى، يقوم إنزيم DnaA بتحليل ATP لفكّ لولب الحمض النووي عند منطقة بدء التضاعف oriC. هذه المنطقة المتفككة متاحة لإنزيمات DnaB و DnaC (محمل إنزيم DnaC) . تعمل البروتينات الرابطة للسلسلة المفردة على تثبيت فقاعة التضاعف المتكونة حديثًا وتتفاعل مع إنزيم DnaG الأولي . يقوم DnaG باستقطاب بوليميراز الحمض النووي التضاعفي III، ويبدأ التضاعف.

في حقيقيات النوى، يُفسفر بروتين MCM غير المتجانس السداسي بواسطة CDC7 وCDK، مما يؤدي إلى إزاحة Cdc6 واستقطاب MCM10 . يتعاون MCM10 مع MCM2-7 في استقطاب Cdc45 . ثم يستقطب Cdc45 المكونات الرئيسية للريبليسوم ؛ بوليميراز الحمض النووي التضاعفي α وبرايميزه. عندها يمكن أن يبدأ تضاعف الحمض النووي. [ 10 ]

منع إعادة تجميع معقد ما قبل التضاعف

خلال كل دورة خلوية، من المهم أن يتضاعف الجينوم بالكامل مرة واحدة فقط. يُعدّ تكوين مُركّب ما قبل التضاعف خلال المرحلة المتأخرة من الطور M والمرحلة المبكرة من الطور G1 ضروريًا لتضاعف الجينوم، ولكن بعد تضاعف الجينوم، يجب ألا يتشكّل مُركّب ما قبل التضاعف مرة أخرى حتى الدورة الخلوية التالية.

في بدائيات النوى، أظهرت دراسات عديدة أن مُركّب ما قبل التضاعف (pre-RC) هو مُركّب لا يتواجد إلا خلال جزء من دورة الخلية. بمجرد حدوث انقسام خلوي، يجب أن يعود مُركّب ما قبل التضاعف (pre-RC) إلى مُركّب بدء التضاعف (bORC) لضمان حدوث دورة واحدة فقط من تضاعف الحمض النووي أثناء الانقسام. في بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli )، توجد 11 موقعًا من نوع GATC في منطقة بدء التضاعف (oriC) تخضع لعملية مثيلة جزئية أثناء تضاعف الحمض النووي. يرتبط بروتين SeqA بهذه المواقع، مانعًا إعادة المثيلة، ومُعيقًا ارتباط بروتين DnaA بالمواقع ذات الألفة المنخفضة لحوالي ثلث دورة الخلية. مع ذلك، لا يمنع SeqA بروتين DnaA من الارتباط بالمواقع R1 وR2 وR4. وبالتالي، تتم إعادة ضبط مُركّب بدء التضاعف (bORC) ويُصبح جاهزًا للخضوع لتحويل آخر إلى مُركّب ما قبل التضاعف (pre-RC). [ 11 ]

في الخميرة S. cerevisiae، تمنع إنزيمات CDK تكوين معقد التضاعف خلال المراحل المتأخرة من G1 وS وG2 عن طريق استبعاد MCM2-7 وCdt1 من النواة، وتوجيه Cdc6 للتحلل بواسطة البروتيازوم ، وفصل ORC1-6 عن الكروماتين عبر الفسفرة . [ 12 ] يختلف منع إعادة التضاعف في الخميرة S. pombe قليلاً؛ حيث يتحلل Cdt1 بواسطة البروتيازوم بدلاً من مجرد استبعاده من النواة. [ 13 ] تشترك حقيقيات النوى العليا، بما في ذلك Caenorhabditis elegans و Drosophila melanogaster و Xenopus laevis والثدييات ، في التنظيم البروتيني لـ Cdt1 . تمتلك الحيوانات متعددة الخلايا آلية رابعة لمنع إعادة التضاعف . أثناء طوري S و G2، يرتبط الجيمينين بـ Cdt1 ويمنع Cdt1 من تحميل MCM2-7 على أصل التضاعف. [ 8 ]

متلازمة ماير-غورلين

من المعروف أن العيوب في مكونات معقد تضاعف الحمض النووي في حقيقيات النوى تسبب متلازمة ماير-غورلين ، التي تتميز بالتقزم ، وغياب أو نقص تنسج الرضفة ، وصغر حجم الأذنين، وضعف النمو قبل الولادة وبعدها، وصغر الرأس . [ 14 ] [ 15 ] وتشمل الطفرات المعروفة جينات ORC1 و ORC4 و ORC6 و CDT1 و CDC6 . [ 15 ] ويُعتقد أن النمط الظاهري للمرض ينشأ من انخفاض قدرة الخلايا على التكاثر ، مما يؤدي إلى انخفاض عدد الخلايا، وفشل النمو بشكل عام. [ 16 ]

مراجع

  1. ↑ ميلر دي تي، غريموايد جيه إي، بيتريدج تي، روزغايا تي، تورغ جيه جيه، ليونارد إيه سي (نوفمبر 2009). "معقدات التعرف على الأصل البكتيري توجه تجميع هياكل DnaA قليلة الوحدات ذات الرتبة الأعلى" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 106 (44): 18479-18484 . Bibcode : 2009PNAS..10618479M . doi : 10.1073 / pnas.0909472106 . PMC 2773971. PMID 19833870 .  
  2. ↑ أوسيانيكافا د، أليرز ت (يناير 2017). " تنوع تضاعف الحمض النووي في العتائق" . الجينات . 8 (2): 56. doi : 10.3390/genes8020056 . PMC 5333045. PMID 28146124 .  
  3. 1 2 براينت ، جيه إيه، وآفيس، إس جيه (مايو 2011). "بدء تضاعف الحمض النووي: الجوانب الوظيفية والتطورية" . حوليات علم النبات . 107 (7): 1119-1126 . doi : 10.1093/aob/mcr075 . PMC 3091809. PMID 21508040 .  
  4. ↑ يوان ز، رييرا أ، باي ل، صن ج، ناندي س، سبانوس س، وآخرون (مارس 2017). " الأساس البنيوي لتحميل إنزيم الهيليكاز التضاعفي Mcm2-7 بواسطة ORC-Cdc6 وCdt1" . مجلة Nature Structural & Molecular Biology . 24 (3): 316-324 . doi : 10.1038/nsmb.3372 . PMC 5503505. PMID 28191893 .   
  5. ↑ ليونارد إيه سي، غريموايد جيه إي (فبراير 2005). " بناء أوريسوم بكتيري: ظهور سمات تنظيمية جديدة لفكّ أصل التضاعف" . علم الأحياء الدقيقة الجزيئي . 55 (4): 978-985 . doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04467.x . PMC 1400601. PMID 15686547 .  
  6. ^ Nievera C، Torgue JJ، Grimwade JE، Leonard AC (نوفمبر 2006). "يضمن حظر SeqA لتفاعلات DnaA-oriC التجميع المرحلي لـ E. coli قبل RC" . الخلية الجزيئية . 24 (4): 581-592 . دوى : 10.1016/j.molcel.2006.09.016 . بمك 1939805 . بميد 17114060 .  
  7. ↑ بيل إس بي، لبيب ك (يوليو 2016). "تضاعف الكروموسومات في الخميرة Saccharomyces cerevisiae" . علم الوراثة . 203 (3): 1027-1067 . doi : 10.1534/genetics.115.186452 . PMC 4937469. PMID 27384026 .  
  8. 1 2 صن جيه، كونغ دي (يوليو 2010). "أصول تضاعف الحمض النووي، وتفاعل ORC/DNA، وتجميع مُركّب ما قبل التضاعف في حقيقيات النوى". مجلة Acta Biochimica et Biophysica Sinica . 42 (7): 433-439 . doi : 10.1093/abbs/gmq048 . PMID 20705581 . 
  9. ↑ ليونارد إيه سي، غريموايد جيه إي ( سبتمبر 2010). لوفيت إس تي (محرر). "بدء تضاعف الحمض النووي" . إيكوسال بلس . 4 (1). doi : 10.1128/ecosalplus.4.4.1 . PMC 4236916. PMID 26443786 .  
  10. ↑ تاكيساوا هـ، ميمورا س، كوبوتا ي (ديسمبر 2000). "تضاعف الحمض النووي في حقيقيات النوى: من مُركّب ما قبل التضاعف إلى مُركّب البدء". الرأي الحالي في بيولوجيا الخلية . 12 (6): 690-696 . doi : 10.1016/S0955-0674(00)00153-8 . PMID 11063933 . 
  11. ↑ سلاتر إس، وولد إس، لو إم، بوي إي، سكارستاد كيه، كليكنر إن (سبتمبر 1995). "بروتين SeqA في الإشريكية القولونية يرتبط بموقع oriC في تفاعلين مختلفين مُعدَّلين بالميثيل، بما يتناسب مع دوره في بدء تضاعف الحمض النووي وعزل موقع بدء التضاعف" . مجلة Cell . 82 (6): 927-936 . doi : 10.1016/0092-8674(95)90272-4 . PMID 7553853. S2CID 14652024 .  
  12. ↑ نغوين، في كيو، كو، سي، لي ، جيه جيه (يونيو 2001). "كينازات معتمدة على السيكلين تمنع إعادة تضاعف الحمض النووي من خلال آليات متعددة". نيتشر . 411 ( 6841): 1068-1073 . Bibcode : 2001Natur.411.1068N . doi : 10.1038/35082600 . PMID 11429609. S2CID 4393812 .  
  13. ↑ رالف إي، بوي إي، كيرسي إس إي (نوفمبر 2006). "يُحفز تلف الحمض النووي تحلل بروتين Cdt1 في الخميرة الانشطارية عبر مسار يعتمد على Cdt2 وDdb1" . تقارير EMBO . 7 (11): 1134-1139 . doi : 10.1038/sj.embor.7400827 . PMC 1679788. PMID 17039252 .  
  14. ↑ "متلازمة ماير-غورلين: علم الوراثة في ميدلاين بلس" . medlineplus.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-02-2021 .
  15. 1 2 "متلازمة ماير-غورلين 1؛ MGORS1" . www.omim.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-02-2021 .
  16. ↑ بيكنيل إل إس، بونجرز إي إم، ليتش إيه، براون إس، شوتس جيه، هارلي إم إي، وآخرون . (فبراير 2011). " طفرات في مُركَّب ما قبل التضاعف تُسبِّب متلازمة ماير-غورلين" . علم الوراثة الطبيعية . 43 (4): 356-359 . doi : 10.1038/ng.775 . PMC 3068194. PMID 21358632 .