الحمض النووي هو نصف حجم الكروموسومات فقط. كل شيء آخر عبارة عن هيكل من وظائف غير معروفة

نموذج ثلاثي الأبعاد للكروموسوم البشري الرابع

في المدرسة ، تعلمنا أن نواة كل خلية تحتوي على هياكل خيطية تسمى الكروموسومات حيث يتم تخزين الجينات - يتم ترتيب وحدات الوراثة بترتيب خطي. يتم تشفير الجينات كجزء من جزيء DNA كبير. لكن كل شيء ليس بهذه البساطة كما يبدو.

منذ لحظة اكتشافها عام 1882 ، خضعت الكروموسومات لدراسة شاملة ودقيقة ، بما في ذلك استخدام المجاهر الضوئية والإلكترونية. والمثير للدهشة ، أن العلماء لا يزالون غير قادرين على فهم كيفية تنظيم هيكلهم.

لعقود ، ركز العلماء على البحث ، وخاصة الكروماتين. هذه هي المادة الوظيفية الرئيسية للكروموسومات ، وهي عبارة عن مركب من الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي والبروتينات. في تكوين الكروماتين يتم إدراك المعلومات الوراثية ، وكذلك نسخ الحمض النووي وإصلاحه.

واحدة من الألغاز الرئيسية هي كيفية حدوث تغليف الكروماتين (الطي). لفترة طويلة ، كان من المفترض أن التعبئة تحدث بشكل عشوائي ، ولكن ظهرت نظريات أخرى مؤخرًا. يقترح بعض العلماء أن التعبئة تتم على أساس ذوبان البوليمر . هناك آراء مفادها أن الكروموسومات تمر عبر سلسلة من عمليات التغليف المترابطة ، من لف اللولب حول النواة ، إلى ألياف لولبية 30 نانومتر ، ثم إلى لولب أكبر. بعد كل شيء ، هناك فئة ثالثة من النظريات التي تشير إلى أن الكروموسومات تتكون من حلقات الكروماتين التي تعوقها البروتينات غير الهيستونية .

تلقى آخر النماذج المدرجة في بنية الكروموسوم مؤخرًا تأكيدًا إضافيًا. في عام 2013 ، أظهرت طرق الفحص المجهري المتقدمة بوضوح كيفية تكوين مصفوفة خطية من حلقات الكروماتين في نواة الخلية (انظر الورقة التي قدمتها Natalia Naumova من جامعة ماساتشوستس وزملاؤها المنشورة في مجلة Science ). يظهر الفيديو أكثر كيف يحدث التنظيم الذاتي للكروموسوم.

تنظيم الكروموسومات الانقسامية (المواد المصاحبة لمقالة كتبها ناتاليا نوموفا وزملائها في عام 2013)


ومع ذلك ، فقد تجاهلت جميع دراسات الكروماتين هذه إلى حد كبير الطبقة السطحية الرقيقة ، التي تم اكتشافها على الكروموسومات بطريقة الفحص المجهري الكلاسيكي في عام 1968 . تمت دراسة هذه الطبقة الطرفية بشكل سيئ ، وبقي تركيبها وبنيتها غير معروفة تقريبًا. بشكل افتراضي ، تم افتراض أن هذا كان مجرد نوع من الكتلة غير المتبلورة التي تلتزم بالكروموسومات.

تكمن المشكلة في أنه لا يمكننا دراسة الكروموسومات إلا في ظروف معينة ، لذلك ليس لدينا فكرة واضحة عن شكلها.

تدرس مجموعة من العلماء البريطانيين من جامعة أدنبره الغلاف الخارجي للكروموسومات منذ عدة سنوات. قبل بضع سنوات ، أثبتوا أن تجميع الجزء الخارجي من الكروموسوم يتطلب بالضرورة وجود بروتين Ki-67. اقترح العلماء أن طلاءات الكروموسوم مصنوعة باستخدام هذا البروتين.

تحتوي دراسة جديدة أجرتها مجموعة من العلماء على نتائج النمذجة ثلاثية الأبعاد لبنية الكروموسوم ، بالإضافة إلى وصف الصدفة. وفقا للعلماء ، فإن هذه المادة تشكل 47 ٪ من حجم الكروموسوم. في الوقت نفسه ، لا تزال وظيفة هذه المادة غير واضحة.

من المفترض ، أن يتم عزل الكروموسومات الفردية بسبب الغشاء عن بعضها البعض أثناء العملية الرئيسية للانقسام الخلوي. ربما تساعد هذه المادة أيضًا على تجنب أخطاء انقسام الخلايا. من المعروف أن بعض أنواع الأورام السرطانية والأمراض الخلقية البشرية ترتبط بهذا الانقسام الخاطئ.

لأول مرة في تاريخ العلوم ، قام العلماء بتجميع نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة لجميع الكروموسومات البشرية الـ 46. كان هذا ممكنًا بسبب استخدام طريقة 3-D-CLEM الجديدة ، التي تجمع بين الميكروسكوب البصري والإلكتروني وتسمح بتسجيل الكروموسومات بدقة غير مسبوقة.


الوصف التخطيطي لجميع مراحل عملية 3-D-CLEM ، والتي تستغرق من 5.5 إلى 19.5 يومًا ،

ونتيجة لذلك ، قام العلماء بمحاكاة الطول والعرض والمساحة والحجم وكثافة التعبئة للحمض النووي في الكروموسومات.



"لقد قمنا بتطوير تقنية التصوير لدراسة الكروموسومات ثورية حقا - كما يقولد. دانيال بوث من جامعة ادنبره. “للمرة الأولى ، جعلنا هيكل جميع الكروموسومات البشرية الـ 46 التي درسناها نعيد التفكير في فكرة أنها تتكون بالكامل تقريبًا من الكروماتين. ظل هذا الافتراض دون تغيير لما يقرب من 100 عام ".

في الواقع ، يشكل الكروماتين 53٪ إلى 70٪ فقط من الكروموسومات. كل شيء آخر هو صدفة أكثر سمكا من المتوقع.

إن فهم بنية الكروموسومات والغشاء ، وكذلك عملية الانقسام سيساعد على دراسة ومنع تطور بعض الأمراض.

تم نشر العمل العلمي في 10 نوفمبر 2016 في مجلة الخلية الجزيئية (دوى: 10.1016 / j.molcel.2016.10.009 ، pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/ar399449/