شعار زيفيرنت

كيف تتفاعل العناقيد الجزيئية في النواة مع الكروموسومات

التاريخ:

تخزن الخلية كل مادتها الجينية في نواتها ، على شكل كروموسومات ، لكن هذا ليس كل ما هو مخفي هناك. النواة هي أيضًا موطن لأجسام صغيرة تسمى nucleoli - مجموعات من البروتينات و RNA التي تساعد في بناء الريبوسومات.

باستخدام المحاكاة الحاسوبية ، اكتشف الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن كيف تتفاعل هذه الأجسام مع الكروموسومات في النواة ، وكيف تساعد هذه التفاعلات على وجود النوى كقطيرات ثابتة داخل النواة.

تشير النتائج التي توصلوا إليها أيضًا إلى أن تفاعلات الجسم بين الكروماتين والنووي تقود الجينوم إلى اتخاذ بنية شبيهة بالهلام ، مما يساعد على تعزيز التفاعلات المستقرة بين الجينوم وآليات النسخ. تساعد هذه التفاعلات في التحكم في التعبير الجيني.

"لقد ألهمنا هذا النموذج للاعتقاد بأن الجينوم قد يحتوي على ميزات شبيهة بالهلام يمكن أن تساعد النظام في ترميز جهات الاتصال المهمة وتساعد في زيادة ترجمة جهات الاتصال هذه إلى مخرجات وظيفية" ، كما يقول بن تشانغ ، أستاذ الكيمياء المساعد في التطوير الوظيفي بشركة Pfizer-Laubach في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو عضو مشارك في معهد برود في هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وكبير مؤلفي الدراسة.

يُعد Yifeng Qi ، طالب الدراسات العليا بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، المؤلف الرئيسي للورقة ، التي تظهر اليوم في طبيعة الاتصالات.

قطرات النمذجة

يركز الكثير من أبحاث تشانغ على نمذجة الهيكل ثلاثي الأبعاد للجينوم وتحليل كيفية تأثير هذا الهيكل على تنظيم الجينات.

في الدراسة الجديدة ، أراد توسيع نمذجه لتشمل النوى. تتكون هذه الأجسام الصغيرة ، التي تتفكك في بداية انقسام الخلية ثم تتشكل لاحقًا في العملية ، من أكثر من ألف جزيء مختلف من RNA والبروتينات. تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية للنواة في إنتاج الحمض النووي الريبي الريبوسومي ، وهو أحد مكونات الريبوسومات.

اقترحت الدراسات الحديثة أن النويات موجودة على شكل قطرات سائلة متعددة. كان هذا محيرًا لأنه في ظل الظروف العادية ، يجب أن تندمج قطرات متعددة معًا في قطرة واحدة كبيرة لتقليل التوتر السطحي للنظام ، كما يقول تشانغ.

"هذا هو المكان الذي تصبح فيه المشكلة مثيرة للاهتمام ، لأنه في النواة ، يمكن لهذه القطرات المتعددة بطريقة ما أن تظل مستقرة عبر دورة الخلية بأكملها ، على مدار 24 ساعة تقريبًا ،" كما يقول.

لاستكشاف هذه الظاهرة ، استخدم Zhang و Qi تقنية تسمى محاكاة الديناميكيات الجزيئية ، والتي يمكنها نمذجة كيفية تغير النظام الجزيئي بمرور الوقت. في بداية المحاكاة ، يتم توزيع البروتينات والحمض النووي الريبي (RNA) التي تتكون منها النوى بشكل عشوائي في جميع أنحاء النواة ، وتتتبع المحاكاة كيفية تشكيلها تدريجيًا للقطرات الصغيرة.

في محاكاتهم ، قام الباحثون أيضًا بتضمين الكروماتين ، المادة التي تشكل الكروموسومات وتشتمل على البروتينات وكذلك الحمض النووي. باستخدام بيانات من التجارب السابقة التي حللت بنية الكروموسومات ، قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بحساب طاقة التفاعل للكروموسومات الفردية ، مما سمح لهم بتقديم تمثيلات واقعية لهياكل الجينوم ثلاثية الأبعاد.

باستخدام هذا النموذج ، تمكن الباحثون من ملاحظة كيفية تشكل قطرات النوى. ووجدوا أنهم إذا قاموا بنمذجة المكونات النووية بمفردهم ، بدون كروماتين ، فسوف يندمجون في نهاية المطاف في قطرة واحدة كبيرة ، كما هو متوقع. ومع ذلك ، بمجرد إدخال الكروماتين في النموذج ، وجد الباحثون أن النواة شكلت قطرات متعددة ، تمامًا كما تفعل في الخلايا الحية.

اكتشف الباحثون أيضًا سبب حدوث ذلك: تصبح قطيرات النوى مرتبطة بمناطق معينة من الكروماتين ، وبمجرد حدوث ذلك ، يعمل الكروماتين كعامل سحب يمنع النوى من الاندماج مع بعضها البعض.

يقول تشانغ: "هذه القوات تقوم أساسًا بإلقاء القبض على النظام في تلك القطيرات الصغيرة وتمنعها من الاندماج معًا". "دراستنا هي الأولى التي تسلط الضوء على أهمية شبكة الكروماتين هذه التي يمكن أن تبطئ بشكل كبير الاندماج وتوقف النظام في حالة القطيرات."

التحكم الجيني
 

النوى ليست هي الهياكل الصغيرة الوحيدة الموجودة في النواة - والبعض الآخر يشمل البقع النووية والصفيحة النووية ، وهو غلاف يحيط بالجينوم ويمكن أن يرتبط بالكروماتين. تعمل مجموعة Zhang الآن على نمذجة مساهمات هذه الهياكل النووية ، وتشير النتائج الأولية التي توصلوا إليها إلى أنها تساعد في إعطاء الجينوم المزيد من الخصائص الشبيهة بالهلام ، كما يقول تشانغ.

"هذا الاقتران الذي لاحظناه بين الكروماتين والأجسام النووية لا يقتصر على النوى. إنه عام بالنسبة للهيئات النووية الأخرى أيضًا ". "تركيز الجسم النووي هذا سيغير بشكل أساسي ديناميكيات تنظيم الجينوم ومن المرجح جدًا أن يحول الجينوم من سائل إلى هلام."

هذه الحالة الشبيهة بالهلام ستجعل من السهل على مناطق مختلفة من الكروماتين التفاعل مع بعضها البعض مما لو كان الهيكل موجودًا في حالة سائلة ، كما يقول. يعد الحفاظ على التفاعلات المستقرة بين المناطق البعيدة من الجينوم أمرًا مهمًا لأن الجينات غالبًا ما يتم التحكم فيها عن طريق امتدادات الكروماتين البعيدة جسديًا عنها.

تم تمويل البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة ومؤسسة جوردون وبيتي مور.

أفلاطون. Web3 مُعاد تصوره. تضخيم ذكاء البيانات.
انقر هنا للوصول.

المصدر: https://news.mit.edu/2021/molecular-clusters-interact-chromosomes-1124

بقعة_صورة

أحدث المعلومات الاستخباراتية

بقعة_صورة