معلومة

ما هي السنتروميرات * حقا *؟

ما هي السنتروميرات * حقا *؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد جمعت أن السنترومير هو منطقة * حيث يتم تجميع الحمض النووي بشكل أكثر إحكامًا (حول بروتين مختلف عن هيستون) ويتم ربط الكروماتيدات. ومع ذلك ، ما زلت في الظلام فيما يتعلق بهيكله المادي وأدائه.

في أي مرحلة أثناء تكرار الحمض النووي يتم تكوين السنترومير ، وكيف يتم إنشاؤه؟ كيف تمسك الكروماتيدات ببعضها البعض (ما هي مكوناتها)؟

خاصة:

عندما يتم إنشاؤه (على الأرجح أثناء انقسام الخلية) كيف يتم التحكم في موضع السنترومير؟ ما هي الأعلام التي تستخدمها الإنزيمات في عملية صنع السنترومير لإخبارهم أنه المكان الصحيح: جزء من الحمض النووي "يقول"الجزء الأيمن من السنترومير ، لربطه بالجزء الأيسر"?

ثانيًا ، بعد تكثيفها في الكروموسومات (على سبيل المثال أثناء الطور الأولي) ، هل الكروماتيدات الشقيقة متشابكة جسديًا حول بعضها البعض ** لغرض الانضمام ، أم أنها ببساطة متجاورة؟

  • هل هناك "حلقة" في السنترومير متدلية فوق الكروماتيدات المجاورة للانضمام إليهما؟
  • إذا كانت متشابكة ، فكيف يتم تحقيق ذلك أثناء تكرار الحمض النووي ، في حين أن الأجزاء غير المركزية للكروماتيدات الشقيقة غير متشابكة؟

كيف ينهار السنترومير للسماح للكروماتيدات بالانفصال (على سبيل المثال خلال meoisis 2 و anaphase)؟

في ملاحظة غير ذات صلة إلى حد ما ، ما الذي ترتبط به ألياف المغزل في السنتروميرات ، وكيف تلاحظ أطراف الألياف النامية أنها تتجه نحو اتجاهها العام؟


* (بمعنى أنه لا يوجد كائن مادي منفصل يُطلق عليه اسم "السنترومير" ، بل هو مجموعة كائنات في منطقة ما)

** (أي ، مع مراعاة عدم وجود جزيئات أخرى غير الكروماتيدات ، إذا قمت بقرص الأطراف العلوية والسفلية للكروماتيدات اليمنى واليسرى وفصلهما عن بعضهما البعض ، فهل يمكنك فصلهما دون قفلهما معًا (بشكل أساسي ، هل تتقاطعان مع عقدة) -نظريا)؟)


هناك العديد من الأسئلة في الخاص بك سؤال. سأحاول الإجابة على كل سؤال بالنقطة.

ما هي الأعلام التي تستخدمها الإنزيمات في عملية صنع السنترومير لإخبارهم بأنه المكان الصحيح

هناك بعض التكرارات المرتبطة بالسنترومير في الحمض النووي والتي تحدد موقع تجميع السنترومير. لا يوجد تسلسل إجماعي معين لهذا التكرار. ومع ذلك ، تشير هذه الدراسة إلى أنه في بعض الحالات تتشكل الكروموسومات المستقرة في غياب التكرارات المركزية.

هل الكروماتيدات الشقيقة متشابكة جسديًا حول بعضها البعض لغرض الانضمام ، أم أنها ببساطة متجاورة؟

ينضم إليهم بروتينات تسمى يتماسك. تشبه Cohesins الحلقات التي تتكون حول الكروماتيدات الشقيقة. أثناء الطور الصاعد ، ينشط مركب تعزيز الطور الطوري (APC) إنزيمًا يسمى فصل، والذي بدوره يحط من التماسك.

بماذا تلتصق ألياف المغزل في الوسط ، وكيف تلاحظها أطراف الألياف النامية لتتجه نحو اتجاهها العام؟

تعمل Centromeres كموقع لتجميع kinetochore. Kinetochore عبارة عن مركب متعدد البروتينات يشكل اتصالًا بألياف المغزل (على وجه التحديد ، ألياف K. عنصر أساسي في kinetochore هو البروتين الحركي دينين مما يجعل القفل يزحف على طول ألياف المغزل باتجاه العمود. مقالة ويكيبيديا على kinetochore وصفية تمامًا ويمكنك الرجوع إليها للحصول على التفاصيل.


تكميلي

عندما يتم تكوينه (على الأرجح أثناء انقسام الخلية) ، كيف يتم التحكم في موضع السنترومير؟

تمت إضافة علامات "centromere" إلى المرحلة G1 (CENPA) و S (جميع الأعضاء الآخرين في CCAN) لدورة الخلية. بالنسبة لكيفية التحكم في تحديد المواقع ... الجواب غير معروف. ولكن يبدو أنه عندما يتم تكرار تسلسل مركزي ، يتم تقسيم البروتينات من المركز الأصلي بين نسختين جديدتين من تسلسل الحمض النووي المركزي. لذا فإن تسلسل الحمض النووي هو مركز مركزي لأنه كان مركزًا مركزيًا. لكن كيف أصبح مركزًا مركزيًا في المقام الأول غير معروف حاليًا.


سنترومير

ال السنترومير هو تسلسل الحمض النووي المتخصص للكروموسوم الذي يربط زوجًا من الكروماتيدات الشقيقة (ثنائي الصبغيات). [1] أثناء الانقسام الفتيلي ، تلتصق ألياف المغزل بالسنترومير عبر المحرك الحركي. [2] كان يعتقد في البداية أن السنتروميرات هي مواضع وراثية توجه سلوك الكروموسومات.

يتمثل الدور المادي للسنترومير في العمل كموقع لتجميع kinetochores - هيكل متعدد البروتينات شديد التعقيد مسؤول عن الأحداث الفعلية لفصل الكروموسوم - أي ربط الأنابيب الدقيقة والإشارة إلى آلية دورة الخلية عندما تكون جميع الكروموسومات قد اعتمدت بشكل صحيح المرفقات بالمغزل ، بحيث يكون من الآمن الشروع في انقسام الخلية حتى الاكتمال وللخلايا للدخول في الطور الطوري. [3]

هناك ، بشكل عام ، نوعان من السنتروميرات. ترتبط "النقاط المركزية" ببروتينات معينة تتعرف على تسلسلات DNA معينة بكفاءة عالية. [4] أي قطعة من الحمض النووي مع تسلسل الحمض النووي النقطي عليها ستشكل عادةً مركزًا مركزيًا إذا كانت موجودة في الأنواع المناسبة. أفضل نقاط السنتروميرات المميزة هي تلك الموجودة في الخميرة في مهدها ، خميرة الخميرة. "السنتروميرات الإقليمية" هو المصطلح الذي تم صياغته لوصف معظم السنتروميرات ، والتي تتشكل عادةً في مناطق تسلسل الحمض النووي المفضل ، ولكنها يمكن أن تتشكل على تسلسلات الحمض النووي الأخرى أيضًا. [4] يبدو أن إشارة تكوين مركز مركزي إقليمي هي إشارة فوق جينية. معظم الكائنات الحية تتراوح من الخميرة الانشطارية شيزوساكارومايس بومب للبشر ، لديهم مراكز مركزية إقليمية.

فيما يتعلق ببنية الكروموسوم الانقسامي ، تمثل السنتروميرات منطقة ضيقة من الكروموسوم (يشار إليها غالبًا باسم الانقباض الأولي) حيث يكون هناك اتصال وثيق بين كروماتيدات متطابقة. عندما تدخل الخلايا في الانقسام الفتيلي ، ترتبط الكروماتيدات الشقيقة (نسختان من كل جزيء DNA كروموسومي ناتج عن تكرار الحمض النووي في شكل كروماتين) على طولها من خلال عمل مجمع cohesin. يُعتقد الآن أن هذا المركب يتم إطلاقه في الغالب من أذرع الكروموسوم أثناء الطور الأولي ، بحيث بحلول الوقت الذي تصطف فيه الكروموسومات في منتصف المستوى للمغزل الانقسامي (المعروف أيضًا باسم لوحة الطور) ، وهو آخر مكان ترتبط فيهما مع بعضها البعض في الكروماتين داخل وحول السنترومير. [5]


سنتروميريس

نقطة السنترومير

Centromeres في الخميرة في مهدها خميرة الخميرة هم الأفضل دراسة وفهم. S. cerevisiae يتم ترميز السنتروميرات بواسطة ثلاثة عناصر DNA مميزة (CDE I و II و III) داخل منطقة 125 نقطة أساس ( شكل 1 ). يتم حفظ عنصرين (CDE I و III) تمامًا وهما مطلوبان لتجنيد بروتينات centromere و kinetochore. يتم تجنيد هيستون المركزية CENP-A (Cse4p) إلى CDE II ، العنصر المركزي الذي يختلف في التسلسل ، ولكن ليس الحجم ، من كروموسوم إلى كروموسوم. أدى الحجم الصغير لمراكز الخميرة الناشئة وكذلك الاعتماد الصارم على تفاعلات الحمض النووي والبروتين للتجميع إلى خرائط جزيئية مفصلة ونماذج لتجميع مركزي تفتقر إليه حقيقيات النوى الأكبر.

شكل 1 . هيكل مركزي في مختلف حقيقيات النوى. رسم تخطيطي لمراكز حقيقية النواة. يختلف تسلسل الحمض النووي للسنترومير بين الأنواع ، ولكن يتم الحفاظ على تنظيم السنترومير ووجود بروتينات السنترومير. في مهدها الخميرة (S. cerevisiae) السنتروميرات تبلغ 125 نقطة أساس وتتكون من ثلاثة عناصر مميزة ، اثنان منها محفوظان (الأول والثالث). S. بومبي (خميرة الانشطار) السنتروميرات تحتوي على لب مركزي فريد محاط بتكرارات داخلية وخارجية مقلوبة. ذبابة الفاكهة تمتد السنتروميرات إلى 200-420 كيلو بايت وتحتوي على DNA متكرر (مربعات حمراء) يتخللها عناصر قابلة للتحويل (خطوط خضراء). تتكون السنتروميرات البشرية من دنا أقمار صناعية متكرر بشكل مترادف مرتب في تكرارات أعلى مرتبة تمتد على عدة قواعد ضخمة.


تكشف المراكز المظلمة للكروموسومات عن الحمض النووي القديم

وجد الباحثون في جامعة كاليفورنيا في ديفيس ومختبر لورانس بيركلي أن المنطقة المركزية للكروموسومات تحتوي على الحمض النووي الذي ظل دون تغيير إلى حد كبير لمئات الآلاف من السنين. يأتي بعض هذا الحمض النووي من إنسان نياندرتال أو غيره من أقارب أو أسلاف البشر قبل هجرة الإنسان الحديث من إفريقيا. الائتمان: تشارلز وساشا لانجلي

اكتشف علماء الوراثة الذين يستكشفون القلب المظلم للجينوم البشري أجزاء كبيرة من الإنسان البدائي والحمض النووي القديم الآخر. تفتح النتائج طرقًا جديدة لدراسة كل من كيفية تصرف الكروموسومات أثناء انقسام الخلية وكيف تغيرت أثناء التطور البشري.

تقع السنتروميرات في منتصف الكروموسومات ، "الخصر" المنضغط في صورة كروموسوم مأخوذ من كتاب علم الأحياء. يقوم السنترومير بترسيخ الألياف التي تفصل الكروموسومات عن بعضها عندما تنقسم الخلايا ، مما يعني أنها مهمة حقًا لفهم ما يحدث عندما يحدث خطأ في انقسام الخلية ، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان أو العيوب الجينية.

لكن الحمض النووي للسنتروميرات يحتوي على الكثير من المتواليات المتكررة ، ولم يتمكن العلماء من رسم خريطة لهذه المنطقة بشكل صحيح.

قال تشارلز لانجلي ، أستاذ التطور والبيئة في جامعة كاليفورنيا في ديفيس: "إنه قلب ظلام الجينوم ، نحذر الطلاب من الذهاب إلى هناك". لانغلي هو مؤلف رئيسي في ورقة تصف العمل المنشور في 18 يونيو في المجلة eLife.

لانغلي وزملاؤه ساشا لانغلي وجاري كاربين في مختبر لورانس بيركلي وكارين ميغا في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز استنتجوا أنه يمكن أن يكون هناك أنماط فردانية - مجموعات من الجينات موروثة معًا في التطور البشري - تمتد على أجزاء واسعة من جينوماتنا ، وحتى عبر السنترومير.

ذلك لأن السنترومير لا يشارك في عملية "التقاطع" التي تحدث عندما تنقسم الخلايا لتكوين الحيوانات المنوية أو البويضات. أثناء التقاطع ، تصطف الكروموسومات المزدوجة جنبًا إلى جنب وتتقاطع أطرافها ، وأحيانًا تقطع وتقطع الحمض النووي بينهما بحيث يمكن خلط الجينات. لكن عمليات الانتقال تنخفض إلى الصفر بالقرب من المراكز المركزية. بدون هذا الخلط في كل جيل ، قد تحافظ الكواكب الوسطى على امتدادات قديمة جدًا من الحمض النووي سليمة.

بحث الباحثون عن تعدد الأشكال الموروثة للنيوكليوتيدات المفردة - التغييرات الموروثة في حرف واحد من الحمض النووي - والتي من شأنها أن تسمح لهم بتعيين الأنماط الفردانية في المركز.

أظهروا في البداية أنه يمكنهم التعرف على الأنماط الفردانية المركزية ، أو "ربما" ، في ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة.

قال لانجلي إن هذا الاكتشاف له تأثيران. أولاً ، إذا تمكن الباحثون من تمييز الكروموسومات عن بعضهم البعض بواسطة مراكزهم المركزية ، فيمكنهم البدء في إجراء اختبارات وظيفية لمعرفة ما إذا كانت هذه الاختلافات لها تأثير على قطعة الحمض النووي الموروثة. على سبيل المثال ، أثناء تكوين البويضة ، تتكون أربعة كروماتيدات من اثنين من الكروموسومات ، ولكن واحدًا فقط يصنعها إلى البويضة. لذلك يريد العلماء أن يعرفوا: هل تنتقل أنماط الفردوس المركزية المعينة في كثير من الأحيان؟ وهل من المرجح أن تتورط بعض الأنماط الفردية في الأخطاء؟

ثانيًا ، يمكن للباحثين استخدام السنترومير للنظر في النسب والنسب التطوري.

بالانتقال إلى الحمض النووي البشري ، نظر الباحثون في تسلسل السنترومير من مشروع 1000 جينوم ، وهو فهرس عام للتنوع البشري. اكتشفوا أنماطًا فردية تمتد على الكواكب المركزية في جميع الكروموسومات البشرية.

أنماط Haplotypes من نصف مليون سنة مضت

في الكروموسوم X في تسلسلات الجينوم هذه ، وجدوا العديد من الأنماط الفردانية المركزية الرئيسية التي تمثل الأنساب التي تمتد إلى نصف مليون سنة. في الجينوم ككل ، يُرى معظم التنوع بين الجينومات الأفريقية بما يتوافق مع الانتشار الحديث للبشر خارج القارة الأفريقية. لم يحمل هؤلاء المهاجرون الأوائل أحد أقدم سلالات الأنساب الفردانية المركزية.

في الكروموسوم 11 ، وجدوا أنماطًا متباينة للغاية من الحمض النووي لإنسان نياندرتال في جينومات غير أفريقية. تباعدت هذه الأنماط الفردية بين 700000 إلى مليون سنة مضت ، في نفس الوقت تقريبًا انفصل أسلاف إنسان نياندرتال عن أسلاف بشرية أخرى. يحتوي مركز الكروموسوم 12 أيضًا على النمط الفرداني القديم والأقدم الذي يبدو أنه مشتق من قريب غير معروف.

يمكن أن يؤثر هذا الحمض النووي لإنسان نياندرتال على الكروموسوم 11 على الاختلافات في حاسة الشم لدينا حتى يومنا هذا. تحمل الخلايا التي تستجيب للتذوق والشم مستقبلات الرائحة الناتجة عن تواقيع كيميائية محددة. يمتلك البشر حوالي 400 جينة مختلفة لمستقبلات الرائحة. يوجد أربعة وثلاثون من هذه الجينات داخل النمط الفرداني للكروموسوم 11. تمثل الأنماط الفردانية المركزية لإنسان نياندرتال والنمط الفرداني القديم الثاني حوالي نصف التباين في بروتينات مستقبلات الرائحة هذه.

من المعروف من عمل الآخرين أن التباين الجيني في مستقبلات الرائحة يمكن أن يؤثر على حاسة التذوق والشم ، لكن التأثيرات الوظيفية للتنوع الموجود في هذه الدراسة لم يتم اكتشافها بعد وتحليل تأثيرها على الذوق والشم.


تثبيط السنترومير هو أن كروموسومات الاندماج Y هي & # 39t مفقودة


رسم تخطيطي لانصهار الكروموسومات 9 و Y في شوكة الشوكة في المحيط الهادي والتي أنتجت الكروموسوم & quotneo-Y & quot في بحر اليابان. يتم ملاحظة أحداث الاندماج هذه بشكل شائع في الأنواع وثيقة الصلة.
الصورة مقدمة من جينيفر تشيك.

يشهد التنوع الرائع لأعداد الكروموسومات عبر الأنواع على انتشار تكسر الكروموسومات وأحداث الاندماج. أحد الأمثلة على ذلك هو الكروموسوم البشري 2 ، الذي تشكل بعد اندماج كروموسومات الشمبانزي 2 أ و 2 ب. عندما تنقسم الخلايا لتتكاثر ، تتضاعف الكروموسومات وترث كل خلية ابنة مجموعة واحدة من الكروموسومات. Centromeres هي المواقع الموجودة على كل كروموسوم حيث يجب أن ترتبط الألياف أثناء انقسام الخلية لسحب كل كروموسوم إلى إحدى الخلايا الوليدة. تحتوي معظم الكروموسومات الحيوانية على مركز واحد على كل كروموسوم ، وبالتالي فإن أحداث الانكسار أو الاندماج يمكن أن تؤدي إلى فقدان أو اكتساب السنتروميرات. في حين أن فقدان السنترومير غالبًا ما يؤدي إلى أن يكون الكروموسوم & quot؛ قص & quot أو تركه في مركز الخلايا المنقسمة ، يمكن أن يكون اكتساب السنترومير بنفس القدر من الضرر ، مما يتسبب في مزيد من الكسر حيث تحاول الخلايا سحب الكروموسوم في اتجاهات متعارضة. على الرغم من هذه المخاطر ، فإن اندماج المثلث الكروموسومي شائع جدًا أثناء التطور ، على حد قول الدكتور بيشيل. تشير الأمثلة العديدة على اندماج الكروموسومات المستقرة عبر الأنواع الحيوانية ، والتي غالبًا ما تشكل كروموسومات ذات مركزين يسمى ثنائيات القسيم المركزي ، إلى وجود آليات لتثبيت الكروموسومات ثنائية المركز المتكونة حديثًا ومنع تكسرها أثناء انقسام الخلية. كانت هناك العديد من أحداث اندماج الكروموسومات في عائلة أسماك أبو شوكة (Gasterosteidae) في الـ 35 مليون سنة الماضية. في مختبر Peichel ، الذي كان يقع سابقًا في أقسام فريد هتش للبيولوجيا البشرية والعلوم الأساسية ولكن يقع الآن في جامعة برن ، سويسرا ، وصفت طالبة الدراسات العليا السابقة جينيفر تشيك كروموسوم ثنائي المركز تم تشكيله حديثًا في أسماك أبو شوكة في بحر اليابان. تم نشر دراستها مؤخرًا في بحوث الكروموسوم. قال د.بيشل إن دراستهم هي & quot؛ أول من حدد الآليات التي تسمح للكروموسومات ثنائية المركز ذات الآثار الضارة المحتملة بالاستمرار في التجمعات الطبيعية. & quot

السمة المشتركة لجميع السنتروميرات تقريبًا هي ارتباط بروتين يسمى CENP-A الذي يشكل قاعدة مركب بروتين كبير يسمى kinetochore الذي يرتبط بالألياف لفصل الكروموسومات أثناء انقسام الخلية. وبالتالي ، فإن وجود بروتين CENP-A يعني أن السنترومير وظيفي لتوجيه الفصل أثناء انقسام الخلية. كروموسوم الاندماج & quotneo-Y & quot في أنواع بحر اليابان هو مزيج من كروموسوم 9 وكروموسوم Y ، اللذين لا يندمجان في أنواع المحيط الهادئ. لتحديد ما إذا كان كل من مركزي النيو Y قادرين على ربط CENP-A ، استخدم العلماء جسمًا مضادًا أنشأوه في دراستهم السابقة لتحديد موقع بروتين CENP-A على كروموسومات شوكة الظهر المعزولة. وجدوا أن CENP-A مترجمة إلى نقطة الانقباض الأولية لجميع كروموسومات أنواع المحيط الهادئ ، بما في ذلك الكروموسوم 9 وكروموسوم Y. ومع ذلك ، فإن الكروموسوم Y الجديد لشوكة البحر الياباني كان يحتوي على منطقة واحدة فقط من تلطيخ CENP-A ، والتي تتوافق مع الكروموسوم 9 centromere في الأنواع الأسلاف.

بعد اكتشاف أن هذا البروتين أو العلامة اللاجينية للسنترومير قد فقد في كروموسوم اندماج بحر اليابان ، أراد العلماء تحديد ما إذا كان تسلسل الحمض النووي الأساسي قد تغير. كان هدفهم هو اكتشاف التطور أثناء العمل ومعرفة ما يأتي أولاً: تغيير في تسلسل الحمض النووي أم تغيير ارتباط CENP-A؟ في دراستهم السابقة ، حدد مختبر Peichel تسلسلًا مشتركًا في كل مركز من أسماك الشوكة الشوكية في المحيط الهادئ. في هذه الدراسة ، قاموا بتوسيع تحليلهم لتسلسل كروموسوم المحيط الهادئ Y ودرسوا أيضًا كروموسوم اندماج & quotneo-Y & quot في بحر اليابان. وجدوا أن مسبار الحمض النووي الخاص بهم ، والذي وصف مركز كل الجسيمات الذاتية والكروموسوم X لأنواع المحيط الهادئ ، تم تهجينه بشكل ضعيف مع نقطة انقباض كروموسوم Y في تلك الأنواع. ومن المثير للاهتمام أن مسبار الحمض النووي لم يتهجين على الإطلاق مع نقطة انقباض كروموسوم Y سابقًا في كروموسوم الاندماج Y الياباني الجديد. على النقيض من ذلك ، فقد قام بكفاءة بتسمية السنترومير على الصبغي Y الجديد الذي يتوافق مع كروموسوم الأسلاف 9. يفتقر إلى تسلسل السنترومير على كروموسوم المحيط الهادئ Y ، والذي يصعب جمعه من أجل السنترومير حتى في الكائنات الحية المدروسة جيدًا بسبب وجودها. الطبيعة المتكررة ، لا يستطيع العلماء تحديد ما إذا كان تسلسل السنترومير قد تم حذفه أو تم تغييره ببساطة على Y neo. ومع ذلك ، يمكنهم أن يستنتجوا أنه كانت هناك تغييرات جينية تمنع التعرف عليها بواسطة مسبار الحمض النووي الذي يتعرف على السلالة Y السلفية ، وإن كان ذلك ضعيفًا.

حاليًا ، يعمل أعضاء في مجموعة أبحاث الدكتور بيشل على دراسة تطور كروموسوم Y في هذه الأنواع وغيرها من فصائل الشوكة الشوكية مع اندماج الكروموسوم Y. & quot كما هو الحال في البشر والفئران ، طورت أسماك أبو شوكة تسلسلًا مختلفًا [قليلًا] على كروموسوم Y ، لكننا لا نعرف بالضبط كيف يختلف ، [أو كيف يؤثر على وظيفته أو عزله]. & quot & quot لأن السنتروميرات يصعب حقًا تسلسلها ، هذا سؤال يصعب الإجابة عليه ، لكننا نحرز بعض التقدم. ترقبوا!

تشيك جي إن ، بيتشيل سي إل. 2016. & quot تعطيل السنترومير على كروموسوم الاندماج Y الجديد في أسماك أبو شوكة ثلاثية الشوكات. & quot بحوث الكروموسوم.

تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية والمعاهد الوطنية للصحة ومركز فريد هاتشينسون لأبحاث السرطان.


تكشف المراكز المظلمة للكروموسومات عن الحمض النووي القديم

اكتشف علماء الوراثة الذين يستكشفون القلب المظلم للجينوم البشري أجزاء كبيرة من الإنسان البدائي والحمض النووي القديم الآخر. تفتح النتائج طرقًا جديدة لدراسة كل من كيفية تصرف الكروموسومات أثناء انقسام الخلية وكيف تغيرت أثناء التطور البشري.

تقع السنتروميرات في منتصف الكروموسومات ، "الخصر" المنضغط في صورة كروموسوم مأخوذ من كتاب علم الأحياء. يقوم السنترومير بترسيخ الألياف التي تفصل الكروموسومات عن بعضها عندما تنقسم الخلايا ، مما يعني أنها مهمة حقًا لفهم ما يحدث عندما يحدث خطأ في انقسام الخلية ، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان أو عيوب وراثية.

لكن الحمض النووي للسنتروميرات يحتوي على الكثير من المتواليات المتكررة ، ولم يتمكن العلماء من رسم خريطة لهذه المنطقة بشكل صحيح.

قال تشارلز لانجلي ، أستاذ التطور والبيئة في جامعة كاليفورنيا في ديفيس: "إنه قلب ظلام الجينوم ، نحذر الطلاب من الذهاب إلى هناك". لانغلي مؤلف رئيسي في ورقة بحثية تصف العمل المنشور في عدد قادم من المجلة eLife.

لانغلي وزملاؤه ساشا لانجلي وجاري كاربين في مختبر لورانس بيركلي وكارين ميغا في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز استنتجوا أنه يمكن أن يكون هناك أنماط فردية - مجموعات من الجينات موروثة معًا في التطور البشري - تمتد على أجزاء واسعة من جينوماتنا ، و حتى عبر السنترومير.

ذلك لأن السنترومير لا يشارك في عملية "التقاطع" التي تحدث عندما تنقسم الخلايا لتكوين الحيوانات المنوية أو البويضات. أثناء التقاطع ، تصطف الكروموسومات المزدوجة جنبًا إلى جنب وتتقاطع أطرافها ، وأحيانًا تقطع وتقطع الحمض النووي بينهما بحيث يمكن خلط الجينات. لكن عمليات الانتقال تنخفض إلى الصفر بالقرب من المراكز المركزية. بدون هذا الخلط في كل جيل ، قد تحافظ الكواكب الوسطى على امتدادات قديمة جدًا من الحمض النووي سليمة.

بحث الباحثون عن تعدد الأشكال الموروثة للنيوكليوتيدات المفردة - التغييرات الموروثة في حرف واحد من الحمض النووي - والتي من شأنها أن تسمح لهم بتعيين الأنماط الفردية في السنترومير.

أظهروا أولاً أنه يمكنهم التعرف على الأنماط الفردانية المركزية ، أو "ربما" في ذبابة الفاكهة ذباب الفاكهة.

قال لانجلي إن هذا الاكتشاف له تأثيران. أولاً ، إذا تمكن الباحثون من تمييز الكروموسومات عن بعضهم البعض بواسطة مراكزهم المركزية ، فيمكنهم البدء في إجراء اختبارات وظيفية لمعرفة ما إذا كانت هذه الاختلافات لها تأثير على قطعة الحمض النووي الموروثة. على سبيل المثال ، أثناء تكوين البيض ، تتكون أربعة كروماتيدات من اثنين من الكروموسومات ، ولكن واحدًا فقط يصنعها إلى البيضة. لذلك يريد العلماء أن يعرفوا: هل تنتقل أنماط الفردوس المركزية المعينة في كثير من الأحيان؟ وهل من المرجح أن تتورط بعض الأنماط الفردية في الأخطاء؟

ثانيًا ، يمكن للباحثين استخدام السنترومير للنظر في النسب والنسب التطوري.

بالانتقال إلى الحمض النووي البشري ، نظر الباحثون في تسلسل السنترومير من مشروع 1000 جينوم ، وهو فهرس عام للتنوع البشري. اكتشفوا أنماطًا فردية تمتد على الكواكب المركزية في جميع الكروموسومات البشرية.

أنماط Haplotypes من نصف مليون سنة مضت

في الكروموسوم X في تسلسلات الجينوم هذه ، وجدوا العديد من الأنماط الفردانية المركزية الرئيسية التي تمثل الأنساب التي تمتد إلى نصف مليون سنة. في الجينوم ككل ، يُرى معظم التنوع بين الجينومات الأفريقية بما يتوافق مع الانتشار الحديث للبشر خارج القارة الأفريقية. لم يحمل هؤلاء المهاجرون الأوائل أحد أقدم سلالات الأنساب الفردانية المركزية.

في الكروموسوم 11 ، وجدوا أنماطًا متباينة للغاية من الحمض النووي لإنسان نياندرتال في جينومات غير أفريقية. تباعدت هذه الأنماط الفردانية بين 700000 إلى مليون سنة مضت ، في نفس الوقت تقريبًا انفصل أسلاف إنسان نياندرتال عن أسلاف بشرية أخرى. يحتوي مركز الكروموسوم 12 أيضًا على النمط الفرداني القديم والأقدم الذي يبدو أنه مشتق من قريب غير معروف.

يمكن أن يؤثر هذا الحمض النووي لإنسان نياندرتال على الكروموسوم 11 على الاختلافات في حاسة الشم لدينا حتى يومنا هذا. تحمل الخلايا التي تستجيب للتذوق والشم مستقبلات الرائحة الناتجة عن تواقيع كيميائية محددة. يمتلك البشر حوالي 400 جينة مختلفة لمستقبلات الرائحة. يوجد أربعة وثلاثون من هذه الجينات داخل النمط الفرداني للكروموسوم 11. تمثل الأنماط الفردانية المركزية لإنسان نياندرتال والنمط الفرداني القديم الثاني حوالي نصف التباين في بروتينات مستقبلات الرائحة هذه.

من المعروف من عمل الآخرين أن التباين الجيني في مستقبلات الرائحة يمكن أن يؤثر على حاسة التذوق والشم ، لكن الآثار الوظيفية للتنوع الموجود في هذه الدراسة لم يتم اكتشافها بعد وتحليل تأثيرها على الذوق والشم.


بيولوجيا النبات المركزية

بيولوجيا النبات المركزية مكرس لبحوث مصنع centromere. تغطي الفصول هيكل السنتروميرات من عدة أنواع نباتية بما في ذلك نبات أرابيدوبسيس ثاليانا والأرز والذرة والقمح والبنجر ، بينما تغطي الأقسام الأخرى العديد من الخصائص الفريدة المرتبطة بالنباتات المركزية ، بما في ذلك النوى الكلاسيكية والحديثة ، ومحرك السنترومير والتقسيم المركزي. تم تخصيص فصول إضافية لتعديل الوراثة اللاجينية وتطور مراكز النبات ، وتطوير وتطبيق الكروموسومات الاصطناعية للنبات.

كتبه مجموعة دولية من الخبراء في هذا المجال ، بلانت بيولوجيا سنترومير هو كتيب قيم لجميع علماء النبات الذين يعملون في أبحاث الجينوم النباتي. بالإضافة إلى مقاعد البدلاء ، يمكن أيضًا أن تكون بمثابة أداة مرجعية مفيدة أو كتاب مدرسي لفصول الكلية العليا في علم الوراثة الخلوية أو تحليل الجينوم.

المؤلف السير

جيمينج جيانغ أستاذ البستنة في جامعة ويسكونسن ماديسون. يركز بحثه على علم الوراثة الخلوية الجزيئية للنبات ، ووسط النبات ، وتربية البطاطس ، وعلم الجينوم. بالإضافة إلى أنشطته البحثية ، يقوم الدكتور جيانغ أيضًا بتدريس مقرر حول علم الوراثة الخلوي التمهيدي ، وهو زميل منتخب في الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم.

جيمس أ.بيرشلر هو أستاذ القيمين على العلوم البيولوجية في جامعة ميسوري كولومبيا. يدرس مختبره التعبير الجيني في حقيقيات النوى متعددة الخلايا على مستوى الجينات والكروموسومات ، باستخدام الذرة والذبابة ككائنات تجريبية. نشر الدكتور بيرشلر على نطاق واسع في مجلات مثل The New Phytologist و The Plant Cell و Genes and Chromatin ، وهو زميل منتخب في الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم.


مقدمة

يتم تنظيم الجينوم البشري مكانيًا داخل نوى الخلايا المتمايزة. يوجد ترتيب شعاعي لمناطق الكروموسوم (CTs): الكروموسومات الغنية بالجينات مثل الكروموسوم 19 (HSA19) تتركز في مركز النواة والمزيد من الكروموسومات التي تفتقر إلى الجينات (على سبيل المثال الكروموسوم 18) تتجه نحو المحيط النووي (كروفت وآخرون ، 1999 Boyle et al. ، 2001 Cremer et al. ، 2001 Cremer et al. ، 2003). تم العثور على Centromeres بشكل عام في المحيط النووي ، أو حول النواة (Carvalho et al. ، 2001 Weierich et al. ، 2003 Gilchrist et al. ، 2004) ، بينما توجد التيلوميرات بشكل أساسي في الداخل النووي (Weierich et al. ، 2003 ). المجموعات الجينية والمجالات الكروموسومية الفردية لها أيضًا مواقع مميزة فيما يتعلق بـ CTs (Volpi et al. ، 2000 Williams et al. ، 2002 Mahy et al. ، 2002a).

في الكائنات الحية النموذجية ، من الواضح أن التنظيم النووي يمكنه تنظيم التعبير الجيني (سبيكتور ، 2003). تتوافق البيانات مع كون التنظيم النووي أيضًا محددًا للتعبير الجيني للجينوم البشري. لذلك ، قد تكون هناك اختلافات في التنظيم النووي لأنواع الخلايا المختلفة. في الواقع ، في بعض أنواع الخلايا البشرية (الخلايا السلوية والأرومات الليفية) ذات النوى المسطحة / البيضاوية الشكل ، يمكن العثور على HSA18 باتجاه المركز النووي بدلاً من المحيط النووي ، كما هو معتاد في الخلايا ذات النوى الكروية الأكثر (الخلايا الليمفاوية ، الخلايا الكيراتينية ، القولون والخلايا الظهارية لعنق الرحم) (Cremer et al. ، 2001 Cremer et al. ، 2003). في الفئران ، تم توثيق الاختلافات في التوزيع المكاني والشعاعي للكروموسومات في أنسجة مختلفة للحيوان (بارادا وآخرون ، 2004) وكذلك أثناء تمايز الخلايا التائية (كيم وآخرون ، 2004). ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يتم توثيق أي تغيير كبير في الموقع الشعاعي لكروموسوم بشري داخل النواة أثناء التمايز ، على الرغم من أنه قد تكون هناك تغييرات في ارتباطات الكروموسومات (كورودا وآخرون ، 2004).

داخل CT نفسها ، يتم تغيير موضع مجموعات الجينات في أنواع مختلفة من الخلايا البشرية (Volpi et al. ، 2000 Williams et al. ، 2002). لم تتم دراسة هذا الجانب من التنظيم النووي في الخلايا الجذعية البشرية ، ولكن في الفأر ، شوهدت حركة جينات معينة خارج التصوير المقطعي المحوسب عند تمايز الخلايا الجذعية الجنينية (Chambeyron and Bickmore ، 2004). يتم توطين السنتروميرات البشرية بالقرب من المحيط النووي أو النواة (Carvalho et al. ، 2001 Weierich et al. ، 2003). ومع ذلك ، فقد تم الإبلاغ عن تغييرات في توزيع centromere فيما يتعلق بدورة الخلية أو الفسيولوجية أو حالة التمايز (راجعها Gilchrist et al. ، 2004). بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن ارتباطات السنترومير الخاصة بالنسب إلى مراكز الكروم أثناء التمايز اللمفاوي والنقوي ، مع زيادة إجمالية في تجمع السنترومير نحو مراحل لاحقة من التمايز (Beil et al. ، 2002 Alcobia et al. ، 2003).

إذا كان التنظيم النووي ينظم التعبير الجيني ، فقد يكون له دور رئيسي في تقييده ، حيث تصبح الخلايا أكثر التزامًا بمسار التمايز. لذلك من المهم تحديد كيفية تنظيم الجينوم في نواة الخلايا متعددة القدرات ، وخاصة في الخلايا الجذعية (Fisher and Merkenschlager ، 2002). تمت دراسة تنظيم الكروموسومات البشرية والوسطى في الخلايا السلفية المكونة للدم (Cremer et al. ، 2003) وفي الخلايا الجذعية CD34 + من دم الحبل السري (Alcobia et al. ، 2003). ومع ذلك ، لم تكن هناك دراسات حول التنظيم النووي في خلايا hES.

تم اشتقاق الخلايا الجذعية الجنينية البشرية من كتلة الخلايا الداخلية للكيسات الأريمية ، بالإضافة إلى قدرتها على التجديد الذاتي ، فإنها تتمتع بالقدرة على التمايز إلى الطبقات الجرثومية الجنينية الثلاث عند حقنها في فئران شديدة نقص المناعة (Thomson et al. ، 1998). من المتوقع أن تكون خلايا hES أداة مهمة لفهم التطور البشري المبكر ، على أمل أن يكون لها أيضًا إمكانات علاجية. على الرغم من أنها تشترك في العديد من الميزات مع خلايا الماوس ES (mES) ، بما في ذلك التعبير عن الجينات الشائعة المهمة لتعدد القدرات ، إلا أن هناك أيضًا اختلافات رئيسية بين خلايا mES و hES (Pera and Trounson، 2004 Ginis et al.، 2004). علاوة على ذلك ، هناك اختلافات جوهرية في تنظيم الكروموسومات بين جينومات الإنسان والفأر. لذلك ، لا يمكن أن تعمل خلايا mES كنموذج مناسب لدراسة التنظيم النووي للخلايا الجذعية البشرية ، ويلزم إجراء تحقيق في نوى خلايا hES.

قارنا هنا التنظيم النووي للخلايا البشرية المتمايزة بخلايا hES. نوضح أن خلايا hES لها تنظيم شعاعي للكروموسومات في النواة يرتبط بكثافة الجينات وهذا نموذجي للعديد من أنواع الخلايا المتمايزة. ومع ذلك ، وجدنا اختلافات في توطين الكروموسومات ومواقع الجينات بأدوار معروفة في تعدد القدرات. نصف أيضًا الاختلافات في موضع السنترومير في نواة خلية hES.


بيان التمويل

م. بتمويل من Science Foundation Ireland -PIYRA 13 / YI / 2187 (www.sfi.ie). أ. تم تمويله من قبل زمالة ما بعد الدكتوراه من حكومة أيرلندا 2017/1324 من مجلس البحوث الأيرلندي (www.research.ie) ومؤسسة العلوم أيرلندا- PIYRA 13 / YI / 2187 الممنوحة إلى E.M.D. م. بتمويل من زمالة حكومة أيرلندا للدراسات العليا 2018/1208 من مجلس البحوث الأيرلندي ومن قبل Science Foundation Ireland-PIYRA 13 / YI / 2187 الممنوحة إلى E.M.D. لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.


حقائق عن الكروموسومات:

  • تم اكتشاف أول كروموسوم في عام 1800 عندما كان العلماء ينظرون تحت المجهر إلى الخلايا.
  • ساعد توماس مورغان في ربط الكروموسومات بالصفات الموروثة.
  • يتم توريث نسخة واحدة من الكروموسوم من الأم ونسخة واحدة من الكروموسوم موروثة من الأب.
  • تحتوي ذبابة الفاكهة على أربعة أزواج فقط من الكروموسومات.
  • يمتلك الكلب 39 زوجًا من الكروموسومات.
  • تمنع خلايا الدم الكروموسومات من فقدان التيلوميرات الخاصة بها.
  • الجزء الوحيد من الخلية البشرية الذي لا يحتوي على زوج من الكروموسومات هو الخلايا التناسلية.

ماذا تعلمت؟

  • ماذا تفعل الكروموسومات؟ تساعد الكروموسومات في الحفاظ على الحمض النووي ملفوفًا حول البروتين.
  • كم عدد أزواج الكروموسومات التي يمتلكها البشر؟ يمتلك البشر 23 زوجًا من الكروموسومات.
  • هل يمتلك الأولاد والبنات مجموعة مختلفة من الكروموسومات؟ نعم ، الأولاد لديهم كروموسوم x واحد وواحد y والبنات لديهم اثنين فقط من الكروموسومات x.
  • يمكن أن تكون السمات موروثة أو مكتسبة. ماذا يعني اكتساب؟ الصفات المكتسبة تعني أنها حدثت في البيئة ، مثل الحصول على شعر أكثر كثافة إذا كنت تعيش في المناطق الباردة.
  • هل تمتلك جميع المخلوقات نفس عدد الكروموسومات؟ No, each species has their own special number of chromosomes.
  • Back to – Biology