حلقة دي

في علم الأحياء الجزيئي ، تُعرف حلقة الإزاحة أو حلقة D بأنها بنية في الحمض النووي DNA حيث ينفصل شريطا جزيء DNA مزدوج السلسلة لمسافة معينة، ويبقى منفصلين بواسطة شريط ثالث من DNA. تشبه حلقة R حلقة D، ولكن في هذه الحالة يكون الشريط الثالث من RNA وليس DNA. يحتوي الشريط الثالث على تسلسل قواعد مكمل لأحد الشريطين الرئيسيين، ويرتبط به، مما يؤدي إلى إزاحة الشريط الرئيسي المكمل الآخر في تلك المنطقة. ضمن هذه المنطقة، تُشكل البنية شكلاً من أشكال DNA ثلاثي السلاسل . يوضح رسم تخطيطي في الورقة البحثية التي قدمت المصطلح حلقة D بشكل يشبه حرف "D" كبير، حيث يشكل الشريط المُزاح حلقة حرف "D". ^{[ 1 ]}

تحدث حلقات D في عدد من الحالات الخاصة، بما في ذلك إصلاح الحمض النووي ، والتيلوميرات ، وكبنية شبه مستقرة في جزيئات الحمض النووي الدائرية للميتوكوندريا .

اكتشف باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) عام ١٩٧١ أن الحمض النووي للميتوكوندريا الدائري في الخلايا النامية يحتوي على جزء قصير من ثلاثة خيوط أطلقوا عليه اسم حلقة الإزاحة. ^{[ ١ ]} ووجدوا أن الخيط الثالث هو جزء مُستنسخ من الخيط الثقيل (أو الخيط H) للجزيء، والذي أزاحه، ويرتبط بروابط هيدروجينية مع الخيط الخفيف (أو الخيط L). ومنذ ذلك الحين، تبيّن أن الخيط الثالث هو الجزء الأولي الناتج عن تضاعف الخيط الثقيل الذي توقف بعد فترة وجيزة من بدء التضاعف، وغالبًا ما يبقى في هذه الحالة لفترة من الزمن. ^{[ ٢ ]} تقع حلقة الإزاحة (D-loop) في المنطقة الرئيسية غير المشفرة لجزيء الحمض النووي للميتوكوندريا، وهي منطقة تُسمى منطقة التحكم أو منطقة حلقة الإزاحة (D-loop).

يمكن أن يحدث تضاعف الحمض النووي للميتوكوندريا بطريقتين مختلفتين، تبدأ كلتاهما من منطقة الحلقة D. ^{[ 3 ]} إحدى الطريقتين تستمر بتضاعف السلسلة الثقيلة عبر جزء كبير (مثلاً ثلثي) الجزيء الدائري، ثم يبدأ تضاعف السلسلة الخفيفة. أما الطريقة التي تم الإبلاغ عنها مؤخراً فتبدأ من نقطة بداية مختلفة داخل منطقة الحلقة D وتستخدم تضاعف السلاسل المزدوجة مع التخليق المتزامن لكلا السلسلتين. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تُحفظ بعض القواعد ضمن منطقة الحلقة D، لكن أجزاءً كبيرة منها شديدة التباين، وقد أثبتت هذه المنطقة فائدتها في دراسة التاريخ التطوري للفقاريات. ^{[ 5 ]} تحتوي هذه المنطقة على محفزات لنسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) من سلسلتي الحمض النووي للميتوكوندريا المجاورتين مباشرةً لبنية الحلقة D المرتبطة ببدء تضاعف الحمض النووي. ^{[ 6 ]} كما تُعدّ تسلسلات الحلقة D ذات أهمية في دراسة السرطانات. ^{[ 7 ]}

لم تتضح وظيفة حلقة D بعد، لكن الأبحاث الحديثة تشير إلى أنها تشارك في تنظيم النواة الميتوكوندرية . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يُطلق على الشريط الثالث المفرد أيضًا اسم الحمض النووي 7S. ويُطلق على البادئ المستخدم في تخليق الحمض النووي 7S اسم الحمض النووي الريبي 7S. ^{[ 10 ]}

في عام ١٩٩٩، أُفيد بأن التيلوميرات ، التي تُغطي نهايات الكروموسومات ، تنتهي ببنية حلقية تُسمى حلقة التيلومير (T-loop). ^{[ ١١ ]} وهي عبارة عن حلقة من كلا شريطي الكروموسوم، حيث يتصلان بنقطة سابقة في الحمض النووي المزدوج بواسطة الطرف 3' الذي يخترق زوج الشرائط لتشكيل حلقة التيلومير (D-loop). ويتم تثبيت هذا الوصل بواسطة بروتين الحماية POT1 . ^{[ ١٢ ]} وتحمي حلقة التيلومير (T-loop)، التي تُستكمل بوصلة حلقة التيلومير (D-loop)، نهاية الكروموسوم من التلف. ^{[ ١٣ ]}

عندما يتعرض جزيء الحمض النووي المزدوج لكسر في كلا الشريطين، فإن إحدى آليات الإصلاح المتاحة في الخلايا حقيقية النواة ثنائية المجموعة الكروموسومية هي إصلاح إعادة التركيب المتماثل . تستخدم هذه الآلية الكروموسوم السليم المتماثل للكروموسوم المكسور كقالب لمحاذاة قطعتي الحمض النووي المزدوجتين بشكل صحيح لإعادة الالتحام. في المراحل الأولى من هذه العملية، يُطابق أحد شريطي القطعة المكسورة مع أحد شريطي الكروموسوم السليم، ويُستخدم هذا الشريط لتكوين حلقة D عند تلك النقطة، مما يؤدي إلى إزاحة الشريط الآخر من الكروموسوم السليم. تلي ذلك خطوات ربط وتخليق مختلفة لإتمام عملية إعادة الالتحام. ^{[ 14 ]}

في البشر، يُعدّ البروتين RAD51 أساسيًا في البحث عن التسلسل المتماثل وتكوين حلقة D. وفي بكتيريا الإشريكية القولونية ، يؤدي البروتين RecA وظيفة مماثلة . ^{[ 15 ]}

إعادة التركيب الميوزي

أثناء الانقسام الاختزالي ، يتم إصلاح تلف الحمض النووي المزدوج، وخاصةً انقطاعاته، من خلال عملية إعادة التركيب الموضحة في الرسم التخطيطي المرفق. وكما هو مبين في الرسم، تلعب حلقة D دورًا محوريًا في إصلاح هذا التلف أثناء الانقسام الاختزالي. خلال هذه العملية، يرتبط إنزيمَا إعادة التركيب Rad51 و Dmc1 بذيل الحمض النووي أحادي السلسلة (ssDNA) عند الطرف 3' لتكوين خيوط بروتينية نووية حلزونية تبحث عن الحمض النووي المزدوج المتماثل السليم. ^{[ 16 ]} بمجرد العثور على التسلسل المتماثل، يُسهّل إنزيمَا إعادة التركيب غزو طرف ssDNA للحمض النووي المزدوج المتماثل لتكوين حلقة D. بعد تبادل السلاسل، تُعالَج وسائط إعادة التركيب المتماثلة عبر مسارين مختلفين (انظر الرسم التخطيطي) لتكوين الكروموسومات المُعاد تركيبها النهائية.

• تكرار حلقة D
• منطقة التحكم في الحمض النووي للميتوكوندريا