هیستون‌ها تنظیم کننده طول و شکل کروموزوم‌ها هستند.

هیستون‌ها : زندگی به توانایی سلولهای ما بستگی دارد که 6 فوت DNA را در یک هسته 10 میکرونی جمع میکنند که معادل قرار دادن یک مایل رشته در داخل یک نخود سبز میباشد، اما قرار دادن ژنها در این محل تنها نیمی از راه است! DNA همچنین باید سازماندهی شده باقی بماند، با دقت در حلقه هایی پیچیده شود تا اطمینان حاصل شود که اطلاعات به آسانی در دسترس هستند.

در حال حاضر، تحقیقات جدید پروتئین‌هایی به نام هیستون‌ها ی پیوندی را به عنوان عاملی که DNA به کروموزومهای بلند و نازکی تبدیل میشود که از حلقه‌های کوچک زیادی تشکیل شده است یا کروموزومهای کوتاه و ضخیم با حلقه‌های بزرگتر تعیین میکند. این یافته‌ها، که در eLife منتشر شده است، اولین چیزی است که نحوه تنظیم شکل کروموزوم توسط هیستون‌های پیوندی را در سطح مولکولی مشخص میکند.

یکی از محققان می‌گوید: زمانی تصور میشد که هیستون‌ها نقش پیوند دهنده دارد و فقط بر محدوده محدودی از مواد ژنتیکی تأثیر میگذارد. ما اکنون نشان داده‌ایم که تعداد حلقه‌های کروموزوم و شکل نهایی آن را کنترل میکند.

فراتر از “مهره روی یک رشته”

مواد ژنتیکی در اطراف یک نوکلئوزوم سازماندهی شده‌اند. اغلب به عنوان مهره‌ای روی یک رشته، با طول “رشته” DNA در اطراف “مهره” پروتئینی مرکزی(8 تایی) پیچیده شده‌اند. این رشته توسط نوعی گیره پروتئینی به نام هیستون پیوند دهنده به مهره خود محکم میشود که همچنین در تا شدن چندین دانه نوکلئوزوم به الیاف کروماتین نقش دارد. این الیاف بعد از اینکه از طریق یک موتور مولکولی، که کروماتین را در حلقه‌ها سازماندهی میکند و به کروموزوم تبدیل میکند، تشکیل میشوند.

کروموزوم‌ها دارای طیف گسترده‌ای از اشکال در گونه‌ها و انواع سلولی هستند که عمدتا بر اساس اندازه هر حلقه کروماتین است.مثال قابل لمس این بحث هدفون‌ها می‌باشد! اگر آنها را در حلقه‌های کوچک زیادی بپیچید، هدفون‌ها به خوبی در جیب شما جا میگیرند، اما اگر سیم‌ها را مانند چند حلقه بزرگ بپیچانید، هدفون یک توده حجیم ایجاد میکند. رشته‌های DNA هم همینطورند، تعداد بیشتری حلقه کوچک باعث ایجاد کروموزوم‌های بلندتر و نازک‌تر میشود. چند حلقه بزرگ کروماتین کروموزوم‌های کوتاه‌تر و ضخیم‌تری ایجاد میکند.

دانشمندان میدانستند که راز تشکیل این حلقه‌ها در درون اندازه و شکل کروموزوم قرار دارد، اما اینکه چگونه سلولهای مختلف این فرایند را برای ایجاد حلقه‌های بزرگتر یا کوچکتر تنظیم کردند، یک راز باقی مانده است.

نقش جدیدی برای هیستونهای لینک کننده

محققان به دنبال حل این معما بودند. با استفاده از روشی که Job Dekker در دانشکده پزشکی دانشگاه ماساچوست ایجاد کرد، تیم تحقیقاتی تجزیه و تحلیل DNA تخم قورباغه را دریافتند و فهمیدند که هیستون‌ها ی پیوندی فراتر از بستن رشته‌ها به مهره‌ها و سازماندهی آنها به الیاف فعالیت میکنند و همچنین از اتصال کندانسین (کمپلکس پروتئینی) به نوکلئوزوم‌ها و تشکیل حلقه‌های کروماتین جلوگیری میکنند.

در طی این تحقیقات تصویری از تشکیل حلقه شروع به نمایان شدن کرد، در حالی که هیستون‌های پیوندی در قلب این فرآیند قرار داشت. محققان دریافتند که تغییر شکل کروموزوم یک موضوع ساده افزایش یا کاهش میزان هیستون لینک کننده است که میتواند از کندانسین جلوگیری کند.

هنگامی که غلظت بالایی از هیستون پیوند دهنده، کندانسین را مسدود میکند، مجموعه پروتئینی قادر به ایجاد حلقه‌های کمتری از کروماتین است. از آنجا که فقط تعداد انگشت شماری از حلقه‌ها در حال شکل گیری هستند، فضای کافی در این حلقه‌ها وجود دارد تا بتوانند به حلقه‌های بزرگ تبدیل شوند که در نهایت به کروموزوم‌های کوتاه و ضخیم تبدیل میشوند. غلظت‌های پایین هیستون پیوندی روند مخالف را آغاز میکند: کندنسین آزاد است که حلقه‌های بیشتری ایجاد کند، بنابراین فیبر کمتری برای کمک به هر حلقه موجود است. در نتیجه تعداد زیادی حلقه کوچکتر ایجاد میشود که به صورت کروموزومی بلند و نازک فشرده میشوند.

Funabiki حدس میزند که سلولها ممکن است توانایی تنظیم طول کروموزوم‌ها را به منظور سرعت بخشیدن یا کند کردن رشد خود تکامل داده باشند. او میگوید: هرچه طول کروموزوم بیشتر باشد، زمان بیشتری برای جدا شدن در طول تقسیم سلولی لازم است.تخم‌های قورباغه در معرض محیطهای خطرناک قرار میگیرند، بنابراین سرعت مهم است. تولید مثل موفق به این بستگی دارد که چقدر سریع تخم میتواند تبدیل به قورباغه شود و فرار کند. شاید تخم‌های قورباغه کروموزوم‌های کوتاه‌تری را حفظ و ایجاد کرده تا امکان تقسیم سریع سلولها فراهم شود.

در آینده، آزمایشگاه Funabiki بررسی میکند که آیا هیستون‌ها ی پیوندی نقش مشابهی در تأثیر بر اندازه و شکل کروموزوم‌های انسان دارند. Pavan S. Choppakatla ، نویسنده اصلی آزمایشگاه Funabiki میگوید: این تحقیق اولیه فقط شامل تخم قورباغه بود، ما در حال بررسی هیستون‌های پیوندی در تخمک‌های انسان و سلولهای سوماتیک (سلولهای پیکری) هستیم تا ببینیم آیا یافته‌های ما به طور گسترده‌ای قابل استفاده میباشد یا خیر.

منبع

مترجم: غزل زارعی

مطالعه به روز ترین اخبار بیولوژی