طور S

طور S ( طور التخليق ) هو طور من دورة الخلية يتم فيه تضاعف الحمض النووي ^، ويحدث بين طور G1 وطور G2 . ^[ ₁ ^] ولأن التضاعف الدقيق للجينوم أمر بالغ الأهمية لنجاح انقسام الخلية، فإن العمليات التي تحدث خلال طور S تخضع لتنظيم دقيق _{ومحفوظة} على نطاق واسع .

يُتحكم في دخول الخلية إلى طور S بواسطة نقطة التقييد G1 (R)، التي تُلزم الخلايا بإكمال دورة الخلية المتبقية في حال توفر المغذيات الكافية وإشارات النمو. ^{[ 2 ]} هذا الانتقال غير قابل للعكس عمليًا؛ فبعد تجاوز نقطة التقييد، تستمر الخلية في طور S حتى لو أصبحت الظروف البيئية غير مواتية. ^{[ 2 ]}

وبناءً على ذلك، يتم التحكم في دخول طور S بواسطة مسارات جزيئية تُسهّل تحولًا سريعًا أحادي الاتجاه في حالة الخلية. ففي الخميرة، على سبيل المثال، يُحفّز نمو الخلية تراكم سيكلين Cln3 ، الذي يرتبط مع كيناز CDK2 المعتمد على السيكلين. ^{[ 3 ]} يُعزز مُركّب Cln3-CDK2 نسخ جينات طور S عن طريق تعطيل المُثبّط النسخي Whi5 . ^{[ 3 ]} وبما أن زيادة التعبير عن جينات طور S تُؤدي إلى مزيد من تثبيط Whi5 ، فإن هذا المسار يُنشئ حلقة تغذية راجعة إيجابية تُلزم الخلايا تمامًا بالتعبير عن جينات طور S. ^{[ 3 ]}

يوجد نظام تنظيمي مشابه بشكل ملحوظ في خلايا الثدييات. ^{[ 3 ]} تؤدي الإشارات المحفزة للانقسام الخلوي، التي تُستقبل خلال طور G1، إلى تراكم تدريجي للسيكلين D، الذي يرتبط مع CDK4/6. ^{[ 3 ]} يحفز مركب السيكلين D-CDK4/6 النشط إطلاق عامل النسخ E2F ، الذي بدوره يبدأ التعبير عن جينات طور S. ^{[ 3 ]} تعزز العديد من الجينات المستهدفة لـ E2F إطلاق المزيد من E2F، مما يُنشئ حلقة تغذية راجعة إيجابية مماثلة لتلك الموجودة في الخميرة. ^{[ 3 ]}

خلال طوري الانقسام الخلوي (M) والطور G1، تُكوّن الخلايا مُركّبات ما قبل التضاعف غير النشطة (pre-RC) على مواقع بدء التضاعف المُوزّعة في جميع أنحاء الجينوم. ^{[ 4 ]} خلال طور التضاعف (S)، تُحوّل الخلية مُركّبات ما قبل التضاعف إلى شوكات تضاعف نشطة لبدء تضاعف الحمض النووي. ^{[ 4 ]} تعتمد هذه العملية على نشاط الكيناز لبروتين Cdc7 والعديد من كينازات البروتين المعتمدة على السيكلين (CDKs) في طور التضاعف، وكلاهما يزداد نشاطه عند بدء طور التضاعف. ^{[ 4 ]}

يُعدّ تنشيط مُركّب ما قبل التضاعف (pre-RC) عمليةً مُنظّمةً بدقةٍ وتسلسليةً للغاية. بعد أن يقوم كلٌّ من Cdc7 وCDKs في طور S بفسفرة ركائزهما، ترتبط مجموعةٌ ثانيةٌ من عوامل التضاعف بمُركّب ما قبل التضاعف. ^{[ 4 ]} يُشجّع الارتباط المُستقرّ إنزيم MCM helicase على فكّ جزءٍ صغيرٍ من الحمض النووي الأبوي إلى سلسلتين من الحمض النووي أحادي السلسلة (ssDNA)، والذي بدوره يستقطب بروتين التضاعف A ( RPA )، وهو بروتينٌ يرتبط بالحمض النووي أحادي السلسلة. ^{[ 4 ]} يُهيّئ استقطاب RPA شوكة التضاعف لتحميل بوليميرازات الحمض النووي التضاعفية وملاقط PCNA المنزلقة. ^{[ 4 ]} يُكمّل تحميل هذه العوامل شوكة التضاعف النشطة ويبدأ تخليق الحمض النووي الجديد.

لا يحدث تجميع شوكة التضاعف وتفعيلها بالكامل إلا على مجموعة فرعية صغيرة من مواقع بدء التضاعف. تمتلك جميع حقيقيات النوى عددًا من مواقع بدء التضاعف يفوق بكثير ما هو مطلوب خلال دورة واحدة من تضاعف الحمض النووي. ^{[ 5 ]} قد تزيد مواقع بدء التضاعف الزائدة من مرونة تضاعف الحمض النووي، مما يسمح للخلايا بالتحكم في معدل تخليق الحمض النووي والاستجابة لضغوط التضاعف. ^{[ 5 ]}

بما أن الحمض النووي الجديد يجب أن يُعبأ في النيوكليوسومات لكي يعمل بشكل صحيح، فإن تخليق بروتينات الهيستون الكلاسيكية (غير المتغيرة) يحدث بالتزامن مع تضاعف الحمض النووي. خلال المرحلة S المبكرة، يقوم مُركب السيكلين E-Cdk2 بفسفرة NPAT ، وهو مُنشط نووي مُشارك لنسخ الهيستون. ^{[ 6 ]} يتم تنشيط NPAT عن طريق الفسفرة، ويستقطب مُركب Tip60 لإعادة تشكيل الكروماتين إلى مُحفزات جينات الهيستون. ^{[ 6 ]} يُزيل نشاط Tip60 تراكيب الكروماتين المُثبطة، ويُحفز زيادة في معدل النسخ من ثلاثة إلى عشرة أضعاف. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

بالإضافة إلى زيادة نسخ جينات الهيستون، ينظم دخول طور S أيضًا إنتاج الهيستون على مستوى الحمض النووي الريبوزي (RNA). فبدلاً من ذيول متعددة الأدينين ، تحتوي نسخ الهيستون الكلاسيكية على وحدة جذعية حلقية محفوظة في الطرف 3' ترتبط بشكل انتقائي ببروتين ربط الحلقة الجذعية ( SLBP ). ^{[ 7 ]} يُعد ارتباط SLBP ضروريًا للمعالجة والتصدير والترجمة الفعالة لـ mRNA الهيستون، مما يسمح له بالعمل كمفتاح كيميائي حيوي عالي الحساسية. ^{[ 7 ]} خلال طور S، يعمل تراكم SLBP مع NPAT على زيادة كفاءة إنتاج الهيستون بشكل كبير. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، بمجرد انتهاء طور S، يتحلل كل من SLBP والحمض النووي الريبوزي المرتبط به بسرعة. ^{[ 8 ]} يؤدي هذا إلى توقف إنتاج الهيستون فورًا ويمنع تراكم الهيستونات الحرة السامة. ^{[ 9 ]}

تُدمج الهستونات الحرة التي تُنتجها الخلية خلال طور S بسرعة في نيوكليوسومات جديدة. ترتبط هذه العملية ارتباطًا وثيقًا بشوكة التضاعف، حيث تحدث مباشرةً أمام وخلف مُركّب التضاعف. يؤدي انتقال إنزيم MCM الحلزوني على طول السلسلة الرائدة إلى تفكيك ثمانيات النيوكليوسومات الأصلية، مما ينتج عنه إطلاق الوحدات الفرعية H3-H4 وH2A-H2B. ^{[ 10 ]} تتم إعادة تجميع النيوكليوسومات خلف شوكة التضاعف بواسطة عوامل تجميع الكروماتين (CAFs) المرتبطة بشكل غير مُحكم ببروتينات التضاعف. ^{[ 4 ] [ 11 ]} على الرغم من أن آلية إعادة التجميع غير مفهومة تمامًا، إلا أنها لا يبدو أنها تستخدم المخطط شبه المحافظ المُلاحظ في تضاعف الحمض النووي. ^{[ 11 ]} تشير تجارب الوسم إلى أن تضاعف النيوكليوسومات هو في الغالب مُحافظ. ^{[ 11 ] [ 10 ]} يبقى النيوكليوسوم الأساسي الأبوي H3-H4 منفصلاً تماماً عن H3-H4 المُصنَّع حديثاً، مما يؤدي إلى تكوين نيوكليوسومات تحتوي إما على H3-H4 قديم حصراً أو على H3-H4 جديد حصراً. ^{[ 10 ] [ 11 ]} تُوزَّع الهيستونات "القديمة" و"الجديدة" على كل خيط ابنة بشكل شبه عشوائي، مما يؤدي إلى تقسيم متساوٍ للتعديلات التنظيمية. ^{[ 10 ]}

مباشرةً بعد الانقسام، لا يمتلك كل كروماتيد ابنة سوى نصف التعديلات فوق الجينية الموجودة في الكروماتيد الأبوي. ^{[ 10 ]} يجب على الخلية استخدام هذه المجموعة الجزئية من التعليمات لإعادة بناء نطاقات الكروماتين الوظيفية قبل الدخول في الانقسام المتساوي.

بالنسبة للمناطق الجينومية الكبيرة، يكفي توريث النيوكليوسومات القديمة من نوع H3-H4 لإعادة بناء نطاقات الكروماتين بدقة. ^{[ 10 ]} يستطيع مُركّب بولي كومب الكابت 2 ( PRC2 ) والعديد من مُركّبات تعديل الهيستون الأخرى "نسخ" التعديلات الموجودة على الهيستونات القديمة إلى هيستونات جديدة. ^{[ 10 ]} تُضخّم هذه العملية العلامات فوق الجينية وتُعاكس تأثير التخفيف الناتج عن تكرار النيوكليوسومات. ^{[ 10 ]}

مع ذلك، بالنسبة للمناطق الصغيرة التي تقارب حجم الجينات الفردية، تنتشر النيوكليوسومات القديمة بشكل رقيق للغاية بحيث لا تسمح بانتشار دقيق لتعديلات الهيستون. ^{[ 10 ]} في هذه المناطق، يُحتمل أن يتم التحكم في بنية الكروماتين عن طريق دمج متغيرات الهيستون أثناء إعادة تجميع النيوكليوسومات. ^{[ 10 ]} يدعم الارتباط الوثيق الملحوظ بين H3.3/H2A.Z والمناطق النشطة نسخياً هذه الآلية المقترحة. ^{[ 10 ]} لسوء الحظ، لم يتم إثبات وجود علاقة سببية حتى الآن. ^{[ 10 ]}

خلال طور S، تفحص الخلية جينومها باستمرار بحثًا عن أي خلل. ويؤدي اكتشاف تلف الحمض النووي إلى تنشيط ثلاثة مسارات "نقاط تفتيش" أساسية في طور S، والتي تؤخر أو توقف تقدم دورة الخلية: ^{[ 12 ]}

1. تكشف نقطة تفتيش التضاعف عن شوكات التضاعف المتوقفة من خلال دمج الإشارات من بروتين RPA، وبروتين ATRIP، وبروتين RAD17. ^{[ 12 ]} عند التنشيط، تزيد نقطة تفتيش التضاعف من تخليق النيوكليوتيدات وتمنع بدء التضاعف من مواقع بدء التضاعف غير النشطة. ^{[ 12 ]} تساهم هاتان العمليتان في إنقاذ شوكات التضاعف المتوقفة عن طريق زيادة توافر النيوكليوتيدات ثلاثية الفوسفات (dNTPs). ^{[ 12 ]}
2. تمنع نقطة التفتيش SM الانقسام الخلوي حتى يتم تضاعف الجينوم بالكامل بنجاح. ^{[ 12 ]} يحفز هذا المسار توقف الانقسام الخلوي عن طريق تثبيط مركب سيكلين-ب-CDK1، الذي يتراكم تدريجيًا طوال دورة الخلية لتعزيز دخول الانقسام الخلوي. ^{[ 12 ]}
3. تكشف نقطة التفتيش داخل طور S عن انقطاعات الحمض النووي المزدوجة (DSBs) من خلال تنشيط كينازات ATR و ATM . ^{[ 12 ]} بالإضافة إلى تسهيل إصلاح الحمض النووي، فإن تنشيط ATR وATM يوقف تقدم دورة الخلية عن طريق تعزيز تحلل CDC25A، وهو فوسفاتاز يزيل بقايا الفوسفات المثبطة من كينازات CDK. ^{[ 12 ]} إعادة التركيب المتماثل ، وهي عملية دقيقة لإصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة، تكون في ذروة نشاطها في طور S، ثم تنخفض في طور G2/M وتكاد تنعدم في طور G1 . ^{[ 13 ]}

بالإضافة إلى نقاط التفتيش التقليدية هذه، تشير أدلة حديثة إلى أن اضطرابات إمداد الهيستونات وتكوين النيوكليوسومات قد تُغير أيضًا من تقدم طور S. ^{[ 14 ]} يؤدي استنفاد الهيستونات الحرة في خلايا ذبابة الفاكهة إلى إطالة طور S بشكل ملحوظ، ويتسبب في توقف دائم في طور G2. ^{[ 14 ]} لا يرتبط هذا النمط الظاهري الفريد للتوقف بتنشيط مسارات تلف الحمض النووي التقليدية، مما يشير إلى أن تكوين النيوكليوسومات وإمداد الهيستونات قد يخضعان لفحص دقيق من خلال نقطة تفتيش جديدة في طور S. ^{[ 14 ]}

• مؤشر طور S (SPI)
• نسبة S أو نسبة طور S (التنبؤ في علم الأورام/علم الأمراض)
• نقطة تقييد