إجهاد تضاعف الحمض النووي

يشير مصطلح إجهاد تضاعف الحمض النووي إلى حالة الخلية التي يتعرض جينومها لضغوط مختلفة. تحدث الأحداث التي تساهم في إجهاد التضاعف أثناء تضاعف الحمض النووي ، ويمكن أن تؤدي إلى توقف شوكة التضاعف . ^{[ 1 ]}

هناك العديد من الأحداث التي تساهم في إجهاد التضاعف، بما في ذلك: ^{[ 2 ]}

• إدخال خاطئ للريبونوكليوتيدات
• هياكل الحمض النووي غير العادية
• الصراعات بين التضاعف والنسخ
• عدم كفاية عوامل التضاعف الأساسية
• المواقع الهشة الشائعة
• الإفراط في التعبير أو التنشيط المستمر للجينات الورمية
• عدم إمكانية الوصول إلى الكروماتين

يُعدّ كلٌّ من ATM و ATR بروتينين يُساعدان في تخفيف إجهاد التضاعف. ^{[ 3 ]} وهما تحديدًا كينازات يتم استقطابها وتنشيطها عند تلف الحمض النووي. ^{[ 1 ] [ 2 ]} قد ينهار شوكة التضاعف المتوقفة إذا فشلت هذه البروتينات التنظيمية في تثبيتها. ^{[ 4 ]} وعند حدوث ذلك، تبدأ عملية إعادة تجميع الشوكة لإصلاح نهاية الحمض النووي التالفة. ^{[ 4 ]}

تتكون شوكة التضاعف من مجموعة من البروتينات التي تؤثر على نشاط تضاعف الحمض النووي. ولكي تتوقف شوكة التضاعف، يجب أن تحتوي الخلية على عدد معين من الشوكات المتوقفة وطول محدد للتوقف. ويتوقف تضاعف الحمض النووي تحديدًا بسبب توقف نشاط إنزيمي الهيليكاز والبوليميراز ، المرتبطين معًا. في هذه الحالة، يتم استدعاء مركب حماية الشوكة (FPC) للمساعدة في الحفاظ على هذا الارتباط ^. [ ^{5 ]}

إضافةً إلى إيقاف بنية شوكة التضاعف والحفاظ عليها، يُمكن لفسفرة البروتين أن تُنشئ سلسلة إشارات لإعادة بدء التضاعف. ينقل البروتين Mrc1 ، وهو جزء من مُركّب شوكة التضاعف (FPC)، إشارة نقطة التفتيش من خلال التفاعل مع الكينازات عبر سلسلة الإشارات. عند فقدان هذه الكينازات (نتيجةً لإجهاد التضاعف)، يتم إنتاج كمية زائدة من الحمض النووي أحادي السلسلة (ssDNA)، وهو أمر ضروري لإعادة بدء التضاعف. ^{[ 6 ]}

تُسبب الروابط المتقاطعة بين خيوط الحمض النووي (ICLs) إجهادًا أثناء التضاعف عن طريق إعاقة تقدم شوكة التضاعف. ويؤدي هذا الانسداد إلى فشل فصل خيوط الحمض النووي وتوقف شوكة التضاعف. ويمكن إصلاح هذه الروابط عن طريق الشقوق المتسلسلة وإعادة التركيب المتماثل . في خلايا الفقاريات، يُحفز تضاعف قالب الكروماتين المحتوي على روابط متقاطعة استقطاب أكثر من 90 عاملًا لإصلاح الحمض النووي وصيانة الجينوم. ^{[ 7 ]} كشف تحليل البروتينات المستقطبة إلى شوكات التضاعف المتوقفة عن مجموعة محددة من عوامل إصلاح الحمض النووي المشاركة في الاستجابة لإجهاد التضاعف. ^{[ 7 ]} ومن بين هذه البروتينات، وُجد أن SLF1 وSLF2 يربطان مُركب بروتين إصلاح الحمض النووي SMC5 / 6 بـ RAD18 . يُستخدم مُركب SMC5/6 في إعادة التركيب المتماثل، ومن المُرجح أن ارتباطه بـ RAD18 يسمح باستقطاب SMC5/6 إلى نواتج اليوبيكويتين في مواقع تلف الحمض النووي.

ينشأ إجهاد التضاعف من ضغوط داخلية وخارجية متنوعة، تُضاف بانتظام إلى الجينوم. ^{[ 10 ]} تشمل هذه الضغوط، على سبيل المثال لا الحصر، تلف الحمض النووي ، والضغط المفرط للكروماتين (مما يعيق وصول الريبليسوم )، والإفراط في التعبير عن الجينات الورمية ، ^{[ 11 ]} أو هياكل الجينوم صعبة التضاعف . ^{[ 1 ] [ 2 ]} يمكن أن يؤدي إجهاد التضاعف إلى عدم استقرار الجينوم ، والسرطان ، والشيخوخة . ^{[ 12 ] [ 13 ]} تُعدّ تعارضات التضاعف والنسخ غير المنسقة وتراكم حلقات R غير المجدول من العوامل المساهمة المهمة. ^{[ 14 ]}

يحدث إجهاد التضاعف الطبيعي بمستويات منخفضة إلى متوسطة، ويحفز عدم استقرار الجينوم، مما قد يؤدي إلى تكوّن الأورام وتطور السرطان. ^{[ 18 ]} ومع ذلك، فقد ثبت أن المستويات العالية من إجهاد التضاعف تقتل الخلايا السرطانية.

في إحدى الدراسات، سعى الباحثون إلى تحديد آثار تحفيز مستويات عالية من إجهاد التضاعف على الخلايا السرطانية. وأظهرت النتائج أنه مع ازدياد فقدان نقاط التفتيش، يرتفع إجهاد التضاعف إلى مستوى أعلى. ومع هذا التغيير، قد يكون تضاعف الحمض النووي للخلايا السرطانية غير مكتمل أو غير صحيح عند دخولها مرحلة الانقسام المتساوي، مما قد يؤدي في النهاية إلى موت الخلية من خلال كارثة الانقسام المتساوي . ^{[ 15 ]}

تناولت دراسة أخرى تأثير إجهاد التضاعف على نشاط إنزيم APOBEC3B. وقد لوحظ أن إنزيم APOBEC3 ( إنزيم تحرير mRNA للبروتين الشحمي B ، الببتيد المحفز الشبيه 3) يُحدث طفرات في جينوم السرطان في أنواع مختلفة من السرطان. تُظهر نتائج هذه الدراسة أن إضعاف الإشارات السرطانية أو زيادة إجهاد تضاعف الحمض النووي يمكن أن يُغير من القدرة على التسبب بالسرطان، ويمكن التلاعب به علاجيًا. ^{[ 19 ]}