يحدد العلماء الهياكل "الشبيهة بالدمبل" للحمض النووي المشفر للبروتين

كيف تعمل الحياة قد تنخفض إلى أجزاء تشبه الدمبل من الحمض النووي.

وجد علماء جامعة رايس في سعيهم الطويل لدراسة بنية ووظيفة الكروموسومات أنه في خضم الحالة الفوضوية الواضحة للحمض النووي أثناء الطور البيني ، عندما تكون الخلايا بين الانقسامات ، هناك جيوب ترتيب في تكوين مناطق معينة تحتوي على الجينات.

هذه الهياكل ، التي تم الإبلاغ عنها في دراسة eLife ذات الوصول المفتوح ، توفر نافذة على كيفية عمل الكروموسومات وتعد بمسارات جديدة للبحث لأولئك الذين ينقبون في أسرارهم.

يستخدم العمل الذي قاده زميل ما بعد الدكتوراه في رايس والمؤلف الرئيسي رايان تشينج والباحث الرئيسي خوسيه أونوتشيك ، المدير المشارك لمركز الفيزياء البيولوجية النظرية (CTBP) في رايس ، عمليات محاكاة وأدلة من التجارب لاقتراح العديد من الجوانب الجديدة لتكوين الكروموسوم والوظيفة.

قال أونوتشيك: "في البيولوجيا الجزيئية والتعبير الجيني ، يتحدث الناس عن عوامل النسخ والمثبطات والمعززات ، لكن يبدو أنه لا توجد معلومات هيكلية". "مع التقدم في النظر في هياكل الكروماتين ، أصبح من الممكن معرفة كيف تتحكم هذه الهياكل وديناميكيات الكروماتين في التعبير الجيني.

وقال: "تقترح هذه الورقة ، لأول مرة ، آلية تربط بنية الجينوم والتعبير الجيني".

وضع الباحثون أربع نتائج من نموذجهم للكروماتين الأدنى الخشنة (MiChroM) ، وهي تقنية مستمدة من 20 عامًا من الخبرة في نظرية المناظر الطبيعية للطاقة الخاصة بهم للتنبؤ ببنية البروتينات.

أولاً ، استخدموا MiChroM للتنبؤ بالمجموعات الهيكلية للكروموسوم لأنواع الخلايا المختلفة باستخدام العلامات اللاجينية المرتبطة كمدخل وحيد ، ووجدوا أن التنبؤات متوافقة مع الملاحظات التجريبية.

في بحث سابق ، استخدموا MiChroM لمحاكاة الكروموسومات الفردية في الخلايا اللمفاوية الأرومية. يشير العمل الجديد إلى أن المبادئ التي اكتشفوها في هذا العمل تنطبق أيضًا بشكل عام على أنواع مختلفة من الخلايا البشرية ، مما يسلط الضوء على قابلية نقل نموذجهم النظري.

ثانيًا ، مع البيانات المستمدة من التجارب باستخدام التتبع ثلاثي الأبعاد ، والذي يساعد على تصور تشابك الحمض النووي مباشرة في نواة الخلية أثناء الطور البيني ، حددوا أن هياكل الكروموسومات كلها مختلفة. ومع ذلك ، وجدوا أيضًا مجموعات متميزة مع ما يبدو أنه بنى شائعة ، جينات لها نطاقات كروية مرنة تشبه الدمبل في الرأس والذيل.

قال تشينج إن تحليلهم للصور التجريبية كشف عن ثلاث مجموعات متميزة بين الاضطراب. "نعتقد أن أحدهما قطعة أثرية ، ولكن في النوعين الآخرين ، تكون الهياكل إما مغلقة ، مما يعني أن المجالين الكرويين في الرأس والذيل ملامسان إلى حد ما ، أو مفتوحان ، حيث تفككت المجالات ،" قال. ظهر هذا التحول الهيكلي نفسه في محاكاة المجموعة باستخدام MiChroM.

ثالثًا ، وجد الباحثون أن الجينات الموجودة في بنية الدمبل هذه تقع جميعها داخل السلسلة التي تربط الأطراف الكروية. قال تشينج: "حقيقة أننا وجدنا هذه الهياكل تخضع لعملية انتقال مفتوحة - قريبة تشير بشكل معقول إلى أنها مرتبطة بتنظيم النسخ". "هذا يشير إلى وجود علاقة مباشرة بين البنية والجوانب الوظيفية للتعبير الجيني."

أخيرًا ، أظهر قسم الكروموسوم 21 المفصل عبر التجارب ونمذجته في رايس أن موضع "الدمبل" ديناميكي ، حيث تتحرك الهياكل "من النوع A" إلى سطح الكروموسوم المضطرب عندما تكون نشطة وظيفيًا ، بينما تكون غير نشطة أو " تميل الهياكل من النوع B إلى الانتقال إلى الداخل.

قال أونوتشيك إن ما يدفع الكروماتين النشط إلى السطح يتطلب مزيدًا من الدراسة.

وقال: "ربما يتم تنشيط الجينات التي يجب التعبير عنها ، على سبيل المثال في التطور المبكر ، ثم تنتقل إلى جوهر الكروموسوم لأنها لم تستخدم مرة أخرى". "لكن هذا لم يثبت بعد. لقد بدأنا للتو في إظهار الأدلة في هذا الصدد."

قال المؤلف المشارك بيتر وولينز ، المدير المشارك لـ CTBP: "لا ينبغي لأحد أن يتوهم أن برنامجًا للبحث من قبل خمسة أو ستة علماء يمكنه في حد ذاته الإجابة في النهاية على جميع الأسئلة المتعلقة بتنظيم الجينات". "كان الشيء نفسه صحيحًا عندما بدأنا في دراسة طي البروتين. ما كان ضروريًا هو إيجاد طرق جديدة للتفكير في المشكلة وعمل تنبؤات ألهمت التجريبين.

وقال "بنفس الطريقة ، علينا الآن أن نثقف التجريبيين بهذه الطريقة الجديدة في التفكير حول كيفية عمل الكروموسومات".