الإبيجينوم

مناطق CoRSIVs هي مناطق مترابطة من التباين المنهجي بين الأفراد في مثيلة الحمض النووي. وهي تغطي 0.1% فقط من الجينوم البشري، لذا فهي نادرة للغاية؛ ويمكن أن تكون مترابطة فيما بينها عبر مسافات جينومية طويلة (>50 كيلو قاعدة ). كما ترتبط CoRSIVs بجينات متورطة في العديد من الاضطرابات البشرية، بما في ذلك الأورام والاضطرابات النفسية وأمراض القلب والأوعية الدموية. وقد لوحظ أن مواقع CpG المرتبطة بالأمراض أكثر وفرة بنسبة 37% في CoRSIVs مقارنةً بالمناطق الضابطة، وأكثر وفرة بنسبة 53% في CoRSIVs مقارنةً بمناطق tDMRs (المناطق الميثيلية التفاضلية الخاصة بالأنسجة). ^{[ 7 ]}

يبلغ طول معظم مناطق CoRSIVs ما بين 200 و300 زوج قاعدي فقط، وتتضمن من 5 إلى 10 ثنائيات نيوكليوتيدات CpG، بينما تمتد أكبرها على عدة كيلو زوج قاعدي وتضم مئات من ثنائيات نيوكليوتيدات CpG. تميل هذه المناطق إلى التواجد في تجمعات، وتُلاحظ منطقتان جينوميتان بكثافة عالية من CoRSIVs في موضع التوافق النسيجي الرئيسي ( MHC ) على الكروموسوم 6 ، وفي المنطقة المحيطة بالسنترومير على الذراع الطويلة للكروموسوم 20. ^{[ 7 ]}

تتواجد عناصر CoRSIV بكثرة في المناطق بين الجينات والمناطق الهادئة (مثل المناطق شبه الطرفية ) وتحتوي على العديد من العناصر القابلة للنقل، ولكنها تحتوي على عدد قليل من جزر CpG (CGI) ومواقع ارتباط عوامل النسخ. وتكون عناصر CoRSIV أقل تمثيلاً بالقرب من الجينات، وفي المناطق غير المتجانسة ، والمحفزات النشطة ، والمعززات . كما أنها عادةً ما تكون غير موجودة في المناطق الجينومية المحفوظة للغاية. ^{[ 7 ]}

يمكن أن يكون لـ CoRSIVs تطبيق مفيد: إذ يمكن أن توفر قياسات مثيلة CoRSIV في نسيج واحد بعض المعلومات حول التنظيم اللاجيني في أنسجة أخرى، بل ويمكننا التنبؤ بتعبير الجينات المرتبطة لأن المتغيرات اللاجينية الجهازية متسقة بشكل عام في جميع الأنسجة وأنواع الخلايا. ^{[ 8 ]}

يُعدّ تحديد الأساس الوراثي الكامن وراء التباين الجيني في السكان أمرًا بالغ الأهمية لتوضيح بنيته التنظيمية الموضعية والبعيدة. على وجه الخصوص، تشير معظم الدراسات إلى أن الاختلافات بين الأفراد في مثيلة الحمض النووي تُحدد بشكل رئيسي بواسطة تعدد أشكال التسلسل التنظيمي الموضعي ، والذي ربما ينطوي على طفرات في مواقع ارتباط عوامل النسخ (TFBSs) مع ما يترتب على ذلك من آثار على بيئة الكروماتين المحلية. يشير ندرة تعدد الأشكال المؤثرة البعيدة في البشر إلى أن هذه التأثيرات ضارة للغاية. في الواقع، من المتوقع أن تكون العوامل المؤثرة البعيدة ناتجة عن طفرات في جينات التحكم في الكروماتين أو منظمات أخرى متعددة التأثيرات. إذا وُجدت متغيرات مؤثرة بعيدة في التجمعات البشرية، فمن المحتمل أن تنفصل كأليلات نادرة أو تنشأ من طفرات جسدية وتظهر بأعراض سريرية، كما هو الحال في العديد من أنواع السرطان. ^{[ 5 ]}

يؤثر مثيلة الحمض النووي (وخاصةً في مناطق CpG) على التعبير الجيني، حيث تميل المناطق ذات المثيلة المفرطة إلى إظهار تعبير جيني مختلف. في الواقع، يميل الأشخاص الذين لديهم نمط مثيلة متشابه إلى امتلاك نفس النسخ الجيني . علاوة على ذلك، تشير إحدى الملاحظات الرئيسية من مثيلة الحمض النووي البشري إلى أن معظم التغيرات ذات الأهمية الوظيفية في مثيلة CpG تحدث في العناصر التنظيمية، مثل المحفزات.

على أي حال، لا يشمل التعبير التفاضلي سوى عدد قليل من الجينات الممثيلة: إذ يُظهر خُمس الجينات فقط التي تحتوي على مثيلة CpG تعبيرًا متغيرًا وفقًا لحالة مثيلتها. ومن المهم ملاحظة أن المثيلة ليست العامل الوحيد المؤثر على تنظيم الجينات . ^{[ 6 ]}

كشفت تجارب التلوين المناعي عن وجود عملية إزالة مثيلة شاملة للحمض النووي في الأجنة البشرية قبل الانغراس . بعد الإخصاب ، ينخفض ​​مستوى مثيلة الحمض النووي بشكل حاد في النوى الأولية المبكرة . وهذا نتيجة لإزالة مثيلة الحمض النووي النشطة في هذه المرحلة. لكن إزالة المثيلة الشاملة ليست عملية لا رجعة فيها؛ في الواقع، تحدث مثيلة جديدة من مرحلة النوى الأولية المبكرة إلى المتوسطة، ومن مرحلة الأربع خلايا إلى مرحلة الثماني خلايا. ^{[ 9 ]}

تختلف نسبة مثيلة الحمض النووي في البويضات والحيوانات المنوية : فالبويضة الناضجة تحتوي على مستوى متوسط ​​من مثيلة الحمض النووي (72%)، بينما تحتوي الحيوانات المنوية على مستوى عالٍ من مثيلة الحمض النووي (86%). يحدث نزع المثيلة في الجينوم الأبوي بسرعة بعد الإخصاب، في حين أن الجينوم الأمومي مقاومٌ إلى حد كبير لعملية نزع المثيلة في هذه المرحلة. وتكون المناطق المثيلة المختلفة (DMRs) في الجينوم الأمومي أكثر مقاومة لموجة نزع المثيلة قبل انغراس البويضة المخصبة. ^{[ 9 ]}

تتشابه عملية مثيلة CpG في مرحلة الحويصلة الجرثومية (GV)، ومرحلة الطور الاستوائي المتوسط ​​الأول (MI)، ومرحلة الطور الاستوائي الناضج الثاني (MII). وتستمر مثيلة المواقع غير CpG في التراكم خلال هذه المراحل. ^{[ 9 ]}

تم تقييم إمكانية الوصول إلى الكروماتين في الخلايا الجرثومية باستخدام مناهج مختلفة، مثل sc ATAC-seq وsciATAC-seq وscCOOL-seq وscNOMe-seq وsc DNase-seq . وتم تحديد المناطق القريبة والبعيدة الخاصة بكل مرحلة والتي تحتوي على مناطق كروماتين متاحة. وتبين أن إمكانية الوصول إلى الكروماتين بشكل عام تتناقص تدريجيًا من مرحلة الزيجوت إلى مرحلة الثماني خلايا، ثم تعود للارتفاع. ويُظهر التحليل الخاص بالأليلات الأبوية أن الجينوم الأبوي يصبح أكثر انفتاحًا من الجينوم الأمومي من مرحلة الزيجوت المتأخرة إلى مرحلة الأربع خلايا، وهو ما ^قد يعكس تفكك الجينوم الأبوي مع استبدال البروتامينات بالهيستونات . [ ^{9 ]}

تُظهر اختلالات مثيلة الحمض النووي بين الكروموسومات المتماثلة سلوكًا يعتمد على التسلسل. ويحدث اختلاف حالة مثيلة السيتوزينات المتجاورة على الكروموسوم نفسه نتيجةً لاختلاف تسلسل الحمض النووي بين الكروموسومات. يُستخدم تسلسل البيسلفيت للجينوم الكامل (WGBS) لاستكشاف مثيلة الأليلات الخاصة المعتمدة على التسلسل (SD-ASM) بدقة كروموسوم واحد وتغطية شاملة للجينوم بأكمله. كشفت نتائج WGBS التي تم اختبارها على 49 ميثيلومًا عن اختلالات في مثيلة CpG تتجاوز 30% في 5% من المواقع. ^{[ 10 ]}

لوحظ في مواقع تنظيم الجينات المرتبطة بعوامل النسخ تبديل عشوائي بين حالتي مثيلة وعدم مثيلة الحمض النووي. يُشار إلى هذا أيضًا بالتبديل العشوائي، وهو مرتبط بالحماية الانتقائية لدائرة تنظيم الجينات ضد الطفرات والأمراض الوراثية. تُظهر المتغيرات الجينية النادرة فقط هذا النوع من تنظيم الجينات العشوائي.

هدفت دراسة أونوشيك وآخرون إلى رسم خرائط اختلالات الأليلات في مثيلة الحمض النووي، ونسخ الجينات، وتعديلات الهيستون. استُخدمت 36 نوعًا من الخلايا والأنسجة من 13 متبرعًا مشاركًا لفحص 71 جينومًا فوقيًا. كشفت نتائج تسلسل الجينوم الكامل المُعزز بالكبريت (WGBS) على 49 جينومًا فوقيًا عن اختلالات في مثيلة CpG تتجاوز 30% في 5% من المواقع. حدث التبديل العشوائي في آلاف المواقع التنظيمية غير المتجانسة المرتبطة بعوامل النسخ. تُشير حالة المثيلة الوسيطة إلى الترددات النسبية بين الأليلات الفوقية المثيلة وغير المثيلة. ترتبط اختلافات تردد الأليلات الفوقية بتقارب الأليل لعوامل النسخ.

تشير نتائج الدراسة إلى أن الإبيجينوم البشري يحتوي في المتوسط ​​على حوالي 200 متغير ضار مرتبط بمتلازمة نقص المناعة المكتسبة. وتتيح حساسية الجينات ذات أنماط التعبير النسيجي المحددة فرصةً للابتكار التطوري في تنظيم الجينات. ^{[ 10 ]}

تُستخدم استراتيجية إعادة بناء النمط الفرداني لتتبع التعديلات الكيميائية للكروماتين (باستخدام تقنية ChIP-seq) في مجموعة متنوعة من الأنسجة البشرية. ويمكن للخرائط فوق الجينية المُحددة للنمط الفرداني تتبع التحيزات الأليلية في تكوين الكروماتين. ويُلاحظ تباين كبير بين الأنسجة والأفراد المختلفين. وهذا يسمح بفهم أعمق للعلاقات التنظيمية بين الجينات وتسلسلات التحكم. ^{[ 11 ]}

تعمل عملية أستلة الهيستونات على معادلة الشحنة الموجبة على الهيستونات. وهذا يُضعف التجاذب الكهروستاتيكي مع الحمض النووي ذي الشحنة السالبة، مما يؤدي إلى فك التفاف الحمض النووي عن الهيستونات، وبالتالي يصبح الحمض النووي أكثر سهولة في الوصول إليه بواسطة آلية النسخ، مما ينتج عنه تنشيط عملية النسخ. ^{[ 12 ]}

يمكن أن يؤدي ذلك إلى تنشيط أو تثبيط التعبير الجيني اعتمادًا على الأحماض الأمينية المحددة التي يتم مثيلتها.