Chapter 5: DNA and Chromosome Structure

Back to chapter

5.8:

اعادة تشكيل الجسيم النووى

JoVE Core
Biologia Molecular

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

JoVE Core Biologia Molecular

Nucleosome Remodeling

Vídeo Anterior
5.7: The Nucleosome Core Particle

Próximo Vídeo
5.9: Chromatin Packaging

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

الترتيب المنظم فى النوكليوسومات ينتج عنه مركب كروماتين مضغوط ومحفوظ الذى قد يعيق الوصول إلى المعلومات الجينية بطرق عديدة. أولاًالبروتينات المرتبطة بال دى إن إيه،مثل ال آر إن أيه بولميراز،لا يمكنها الاقتران بسهولة بالحمض النووي دى إن إيه المرتبط بسطح الهيستون. بالإضافة إلى ذلك،دى إن إيه الملفوف حول الهيستون مثني إلى حد كبير،مما يسبب عدم إمكانية التعرف عليه من قبل البروتينات المرتبطة بالدى إن أيه وأخيرا،بروتينات الكروماتين الغير محتوية على الهيستوون.قد ترتبط بالنوكليوسومات،مما يتسبب في مزيد من الإنضغاط. لذلك،خلايا حقيقيات النوى تحتوي على إنزيمات،تسمى مركبات كروماتين معادة التشكيل معتمدة على إيه تى بى, 00:00:47.210 00:00:52.060 وهذا من الممكن أن يكون نكليوسوم معاد التشكيل موضعى مؤقتا. هذه المركبات تحوي وحدة إيه تى بى فرعية تعمل على التحلل المائي وهذا من شأنه أن يربط بين بروتينات الهيستون.ودى إن إيه المربوط حوله التحلل المائي ل إيه تى بى يوفير الطاقة المطلوبة لتعطيل التفاعل بين نواة الهيستون و دى إن إيه. الطاقة التي يتم الحصول عليها من عدة مرات من تحليل إيه تى بى المائى يسمح لمركبات إعادة التشكيل بالتسبب في انزلاق النوكليوسوم،وهى عملية يتم فيها نقل الهيستون على طول الدى إن إيه دون الانفصال عنه. أفضل تفسير لإنزلاق النوكليوسوم هو بواسطة إنتشار نموذج الانتفاج الحلقي.هنا دى إن إيه من منطقة الرابط يتم دفعه إلى لب الهيستون, مكونا حلقة. هذا الانتفاخ ينتشر حول نواة الهيستون 00:01:39.930 00:01:42.570 مثل موجة تفاعلات انكسار واصلاح الهيستون دى إن إيه. تؤدي هذه العملية إلى تنقل نواة الهيستون بطول دى إن إيه, كاشفا تسلسلات ال دى إن إيه التي يتعذر الوصول إليها.مركبات إعادة تشكيل بالإشتراك مع شابيرون الهيستون،تسهل إستبدال جزئي أو كامل للب النكليوسوم ثمانى الوحدات،مؤثرا على ثنى الكروماتين بشكل غير مباشر على سبيل المثال،استبدال هيستون إتش 3 مع هيستونات إتش 3 محدد ة السنترومير يحدد موقع السنترومير على الكروموسوم. بروتينات ربط دى إن إيه غيرمحتوى على الهيستون أيضا يؤثر في وضع وثبات النوكليوسوم. 00:02:25.070 00:02:29.360 قد تفضل بعض البروتينات المرتبطة تكوين النوكليوسوم.وغيرها من البروتينات قد لا تسمح بتكوين النوكليوسومات فى المناطق المجاورة لها. الموقع الدقيق للنوكليوسومات لذلك يعتمد على طبيعة بروتينات ربط دى إن إيه الغير محتوية على الهيستون. وبسبب وجود مركبات إعادة تشكيل الكروماتين, فإنه تركيب وترتيب النوكليسومات 00:02:50.140 00:02:52.380 يتسم بالديناميكية العالية.

5.8:

اعادة تشكيل الجسيم النووى

النيوكليوسومات هي الوحدات الأساسية لضغط الكروماتين. يتكون كل جسيم نووي من الحمض النووي المرتبط بإحكام حول لب هيستون، مما يجعل الحمض النووي غير قابل للوصول إلى بروتينات ربط الحمض النووي مثل بوليميراز الحمض النووي DNA وبوليميراز الحمض النووي الريبي RNA. ومن ثم، فإن المشكلة الأساسية تكمن في ضمان الوصول إلى الحمض النووي عند الاقتضاء، على الرغم من بنية الكروماتين المدمجة والحماية.

مجمع إعادة تشكيل النواة

تحتوي الخلايا حقيقية النواة على إنزيمات متخصصة تسمى إنزيمات إعادة تشكيل النواة المعتمدة على ATP. ترتبط هذه الإنزيمات بكل من الهيستون والحمض النووي للجرح ويمكن أن تسهل انزلاق النوكليوزوم – وهي عملية يتم فيها دفع الحمض النووي بالنسبة إلى قلب هيستون، أو استبدال نواة هيستون جزئياً أو كاملاً، مما يؤدي إلى تغيير تكوين النوكليوزومات والتأثير بشكل غير مباشر على طي الكروماتين. من أشهر مجمعات إعادة البناء Swi/Snf، التي تم تحديدها في الأصل في الخميرة.

آلية العمل

تم اقتراح نموذجين لشرح الانزلاق النووي- الانتشار الملتوي وانتشار الحلقة/الانتفاخ. يشير كلا النموذجين إلى أن تشوه الحمض النووي ينتشر على سطح الجسيم النووي.

نموذج الانتشار الملتوي

وفقاً لهذا النموذج، يتم نقل زوج أساسي واحد بين الحمض النووي المرتبط والحمض النووي الملتف حول نواة هيستون. يتسبب هذا التغيير الأساسي في تحريف الحمض النووي النووي أو فكه لاستيعاب اكتساب/فقدان أزواج القواعد. ثم ينتشر الخلل الملتوي حول النواة من جزء DNA إلى آخر في عملية تعرف باسم الانتشار الملتوي. بهذه الطريقة سيتحول أوكتامر هيستون مع الحمض النووي بحجم التشويه.

نموذج الحلقة / الانتفاخ

وفقاً لهذا النموذج، يتحول الحمض النووي من منطقة الرابط بشكل عابر حول النواة، مما يؤدي إلى انتفاخ/حلقة. ثم تنتقل الحلقة حول الهيستون، مما يؤدي إلى إنشاء أو تعطيل تفاعلات هيستون والحمض النووي. بهذه الطريقة، ينزلق نواة النواة على حبلا الحمض النووي، ويكشف مناطق الحمض النووي للأنشطة الجينية.

نظراً لتعقيد طي الكروماتين، فقد يتواجد كلا النموذجين المذكورين أعلاه. ومع ذلك، هناك أسئلة محددة لا يشرحها كلا النموذجين، مما يشير إلى أن العمليات الفعلية قد تكون أكثر تعقيداً. على سبيل المثال، كيف يتم تحقيق العملية أثناء الانزلاق؟ كيف يشارك كل عنصر من عناصر مجمع إعادة البناء في العملية؟ كيف يتعاون معيدو التصميم مع مرافقي هيستون؟

يشارك ATPase المعاد تشكيله في النواة في العديد من الآليات الجينية، مثل التعبير الجيني النمائي، والنسخ السريع استجابة للإشارات البيئية، وتكرار الجينوم، ومراقبة تلف الحمض النووي، والإصلاح.

يترتب على عيوب معقد إعادة التشكيل النووي مجموعة واسعة من النتائج. أثناء التطور الجنيني، يمكن أن يؤثر فشل إعادة تشكيل النوكليوزوم على قابلية الحياة، ويسبب عيوبًا مورفولوجية. قد يؤدي أيضاً إلى مشاكل في إصلاح الحمض النووي، مما يؤدي إلى عدم استقرار الجينوم والسرطان.

Leitura Sugerida

Molecular Biology of Cell, Alberts, 6th edition, Pages 190-191
Bowman, Gregory D. "Mechanisms of ATP-dependent nucleosome sliding." Current opinion in structural biology 20, no. 1 (2010): 73-81.
Becker, Peter B. "Nucleosome sliding: facts and fiction." The EMBO journal 21, no. 18 (2002): 4749-4753.

Tags

Nucleosome Remodeling Chromatin Organization DNA Binding Proteins Histone Surface ATP-dependent Chromatin Remodeling Complexes ATP Hydrolysis Nucleosome Sliding Loop-bulge Propagation Model Linker Region Histone-DNA Interactions DNA Sequence Access