سرکوب بازآرایی کروموزومی : وظیفه جدید هتروکروماتین

سرکوب بازآرایی کروموزومی : وظیفه جدید هتروکروماتین

Date: January 24, 2019
Source: Osaka University

خلاصه مطلب:
تغییرات بزرگ در ساختار کروموزوم معمولا برای سلول مرگ‌آفرین است و یا می تواند به بیماری های ژنتیکی مانند سرطان منجر شود. بسیاری از بازآرایی های کروموزومی بزرگ نشات گرفته از ترتیب توالی های کوتاه تکراری DNA در یک منطقه منحصر به فرد از کروموزوم به نام سانترومر رخ می‌دهد. در حال حاضر، محققان دریافته اند که هتروکروماتین یا DNA و پروتئین های به هم فشرده، در سانترومر می تواند بازآرایی های کروموزومی ناشی از توالی تکراری را سرکوب کند.

اگرچه نسبت به آسیب های کروموزومی و کوتاه‌شدنی آن که در روند پیری دخالت دارند آگاهی وجود دارد، ولی درک چگونگی نقص کروموزومی،زمانی اتفاق می افتد که  روشی برای معکوس کردن این روند یافت شود. تغییرات زیادی در ساختار کروموزوم ها که تحت عنوان بازآرایی ناخالص کروموزومی شناخته می‌شود می تواند به مرگ سلول یا بیماری های ژنتیکی مانند سرطان بدل شود.

هتروکروماتین یک نسخه پر پیچ تر کروماتین است که از DNA و پروتئین هایی که کروموزوم را شکل می‌دهند تشکیل شده است. منطقه منحصر به فردی از کروموزوم به نام سانترومر برای تفکیک صحیح کرومزم ها طی تقسیم سلولی حیاتی است. در حالی که محققان از قبل می‌دانستند که سانترومر از هتروکروماتین تشکیل یافته ولی تا کنون دلیل به هم فشرده بودن سانترومر وفایده این امر برای ثبات آن منطقه مبهم بوده است.

در مقاله اخیری که  در Communications Biology منتشر شده است، یک گروه تحقیقاتی که توسط دانشگاه اوزاکا رهبری می‌شدند نقش هتروکروماتین در حفظ تمامیت کروموزومی را  کشف کرده است.

مناطق سانترومر حاوی تعداد زیادی از توالی های کوتاه و تکراری  DNA هستند. این تکرار سانترومر باعث شکنندگی در بازآرایی می‌شود که اغلب باعث می گردد که یک بازوی کامل از کروموزوم از میان برود در حالی که بازوی دیگر تکرار می شود و ساختارهایی به نام ایزوکروموزوم شکل می گیرند. اما تیم دانشگاه اوزاکا دریافتند که یکی از ویژگی های خاص هتروکروماتین به نام  متیلاسیون هیستون H3 لیزین 9 (H3K9) باعث سرکوب بازآرایی های ناخالص کروموزومی ناشی از تکرار سانترومر میشود.

نویسنده مقاله آکیکو اوکیتا می‌گوید: حذف Clr4، پروتئین مسئول متیلاسیون H3K9 در مدل ارگانیسم Schizosaccharomyces pombe، باعث افزایش شکل گیری ایزوکروموزوم با نقاط شکست واقع در تکرار سانترومر می‌شود. که نشان می دهد متیلاسیون از بازآرایی جلوگیری می‌کند.

با این حال، تحقیقات بیشتر نشان داد که مکانیسم حتی پیچیده تر از آن است که ابتدا تصور می‌شد.

هتروکروماتین عمل پلیمراز RNA II را که  یک آنزیم مسئول کپی کردن DNA به رونوشت RNA است را خاموش می‌کند.  بر خلاف انتظار  خاموش نمودن کامل رونویسی RNA به نظر برای سرکوب بازآرایی های کروموزومی ناخالص الزامی نیست. برای راه اندازی مجدد پلیمراز RNA II به فاکتور رونویسی Tfs1 / TFIIS نیاز است اگر آن در طول  توالی DNA از قبل کپی شده بازگردد. محققان دریافتند که حذف Tfs1 / TFIIS برای رفع  نیاز به Clr4 در سرکوب بازآرایی های کروموزومی ناخالص کافی است، و این که سطوح رونویسی RNA تا حد زیادی در حذف Tfs1 / TFIIS بی تاثیر بودند.

نویسنده مقاله تاکورو ناکاگاوا توضیح می‌دهد که: نتایج نشان داد که در سرکوب  رونویسی مقاوم به فاکتورهای وابسته به Tfs1 / TFIIS  توالی تکراری سانترومر نقش کلیدی را دارد. اساسا، هتروکروماتین باعث توقف تکرار ناشی از کپی و استفاده از شکل گیری بازآرایی های کروموزومی ناخالص می‌گردد.

دکتر ناکاگاوا می‌گوید: پیش بینی ما این است که یافته های مان به  توسعه روش های تامین یکپارچگی ژنوم با دستکاری وضعیت کروماتین به جای تغییر توالی DNA کمک خواهد کرد و از آنجایی که توانایی سرکوب بازآرایی های کروموزومی ناخالص می‌تواند به پیشگیری از بیماریهای ناشی از ناپایداری کروموزومی بیانجامد این امر می تواند یک دستاورد بزرگ محسوب گردد.

Story Source:
Materials provided by Osaka University. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:
Akiko K. Okita, Faria Zafar, Jie Su, Dayalini Weerasekara, Takuya Kajitani, Tatsuro S. Takahashi, Hiroshi Kimura, Yota Murakami, Hisao Masukata, Takuro Nakagawa. Heterochromatin suppresses gross chromosomal rearrangements at centromeres by repressing Tfs1/TFIIS-dependent transcription. Communications Biology, 2019; 2 (1) DOI: 10.1038/s42003-018-0251-z