التشابك

التشابك أو الاقتران هو اقتران كروموسومين يحدث أثناء الانقسام الاختزالي . يسمح هذا الاقتران بتطابق أزواج الكروموسومات المتماثلة قبل انفصالها، وإمكانية حدوث تبادل كروموسومي بينها. يحدث التشابك خلال الطور التمهيدي الأول من الانقسام الاختزالي . عند تشابك الكروموسومات المتماثلة، ترتبط نهاياتها أولاً بالغلاف النووي . ثم تهاجر هذه المعقدات الغشائية الطرفية، بمساعدة الهيكل الخلوي خارج النواة ، حتى تتطابق النهايات. بعد ذلك، تتقارب المناطق الفاصلة من الكروموسوم، وقد ترتبط بواسطة معقد بروتيني-حمض نووي يُسمى المعقد التشابكي (SC). ^{[ 1 ]} يعمل الهيكل البروتيني للمعقد التشابكي على تثبيت الاقتران الفيزيائي للكروموسومات المتماثلة عن طريق البلمرة بينها خلال الطور التمهيدي للانقسام الاختزالي. ^{[ 2 ]} أثناء عملية التشابك، ترتبط الكروموسومات الجسمية معًا بواسطة المركب المتشابك على طولها بالكامل، بينما بالنسبة للكروموسومات الجنسية ، يحدث هذا فقط عند أحد طرفي كل كروموسوم. ^{[ 3 ]}

لا ينبغي الخلط بين هذا وبين الانقسام المتساوي . فالانقسام المتساوي يتضمن أيضًا طورًا تمهيديًا، ولكنه لا يُجري عادةً اقترانًا بين كروموسومين متماثلين. ^{[ 4 ]} على عكس دورة الانقسام المتساوي، خلال الانقسام الاختزالي، ينخفض ​​عدد الكروموسومات إلى النصف لتكوين أمشاج أحادية المجموعة الكروموسومية؛ ويُسمى هذا الانخفاض بالتحول إلى أحادية المجموعة الكروموسومية؛ وبعد الإخصاب، تُستعاد ثنائية المجموعة الكروموسومية. تتعرف الكروموسومات المتماثلة - نسختان موروثتان من كل والد - على بعضها البعض وتتزاوج قبل الانفصال الاختزالي، وهو أمر ضروري لإعادة التركيب الجيني عبر العبور ويُشكل التصالبات، ^{[ 5 ]} وهي وصلة فيزيائية مستقرة تُبقي الكروموسومات المتماثلة معًا حتى الطور الاستوائي. ^{[ 2 ]} في معظم الأنواع، يخضع كل كروموسوم متماثل لعبور اختزالي واحد على الأقل يُشار إليه بالعبور الإلزامي. ^{[ 5 ]}

عندما تتشابك الكروماتيدات غير الشقيقة، قد تنفصل أجزاء من الكروماتيدات ذات التسلسل المتشابه وتتبادل في عملية تُعرف باسم إعادة التركيب الجيني أو "العبور". ينتج عن هذا التبادل تصالب ، وهو منطقة على شكل حرف X، حيث يتصل الكروموسومان فعليًا. غالبًا ما يبدو أن وجود تصالب واحد على الأقل لكل كروموسوم ضروري لتثبيت الثنائيات على طول الصفيحة الاستوائية أثناء الانفصال. يوفر عبور المادة الوراثية أيضًا آلية دفاعية محتملة ضد آليات "قتل الكروموسوم"، وذلك بإزالة التمييز بين "الذات" و"غير الذات" الذي يمكن أن تعمل من خلاله هذه الآلية. من النتائج الأخرى للتشابك المُعاد تركيبه زيادة التباين الجيني داخل النسل. كما أن لإعادة التركيب المتكررة تأثيرًا عامًا يتمثل في السماح للجينات بالانتقال بشكل مستقل عن بعضها البعض عبر الأجيال، مما يسمح بالتركيز المستقل للجينات المفيدة والتخلص من الجينات الضارة.

بعد التشابك، يحدث نوع من إعادة التركيب يُعرف باسم إعادة تركيب السلاسل المعتمدة على التخليق (SDSA) بشكل متكرر. تتضمن إعادة تركيب SDSA تبادل المعلومات بين الكروماتيدات المتماثلة غير الشقيقة المزدوجة، ولكن ليس التبادل الفيزيائي. لا تُسبب إعادة تركيب SDSA عملية العبور. يعمل كل من نوعي إعادة التركيب، مع العبور وبدونه، كعمليات لإصلاح تلف الحمض النووي، وخاصةً كسور السلسلة المزدوجة (انظر إعادة التركيب الجيني ).

تتمثل الوظيفة الأساسية للتشابك في تحديد الكروموسومات المتماثلة عن طريق الاقتران، وهي خطوة ضرورية لنجاح الانقسام الاختزالي. وتترتب على عمليات إصلاح الحمض النووي وتكوين التصالبات التي تحدث بعد التشابك عواقب على مستويات عديدة، بدءًا من بقاء الخلية وصولًا إلى تأثيراتها على التطور نفسه.

تُحافظ عدة آليات على ترابط الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الاختزالي، مما يضمن اقترانها ومحاذاتها وإعادة تركيبها بشكل صحيح. وتشمل هذه الآليات ما يلي:

1. يُعدّ المركب المشبكي (SC) بنية بروتينية أساسية تربط الكروموسومات المتماثلة معًا خلال الطور التمهيدي الأول من الانقسام الاختزالي الأول، مما يُسهّل اصطفافها واقترانها، وهي عملية تُعرف بالتشابك. ^{[ 6 ]} يتكون المركب المشبكي من بروتينات مثل SYCP1 وSYCP2 وSYCP3، التي تعمل معًا على تثبيت الكروموسومات المتماثلة وتعزيز إعادة التركيب المتماثل أو الاختزالي، حيث تتبادل الكروموسومات المتماثلة المادة الوراثية. أي خلل في تكوينه يؤدي إلى فشل في إعادة التركيب الاختزالي، وانفصال الكروموسومات ، وإتمام الانقسام الاختزالي. ^{[ 7 ]} علاوة على ذلك، يؤدي الانفصال غير الصحيح للكروموسومات المتماثلة خلال الانقسام الاختزالي الأول إلى تكوين أمشاج غير سوية الصبغيات، والتي تُعدّ سببًا رئيسيًا للإجهاض والعقم والعيوب الخلقية. ^{[ 8 ]}
2. اقتران السنترومير ومركب الكوهيسين: يُنشئ تكوين الروابط بين الكروموسومات المتماثلة، والتي تُسمى عمليات العبور، روابط تُمكّن الكروموسومات المتماثلة من الارتباط بشكل صحيح بمغزل الانقسام الاختزالي الأول، وتضمن الانفصال الصحيح للكروموسومات. من خلال آليات التوجيه الثنائي المُستشعرة للتوتر، يُنشئ اقتران السنترومير روابط بين الكروموسومات، مما يسمح بارتباطها المُتبادل بمغزل الانقسام الاختزالي. ^{[ 9 ]} يتفاعل مركب الكوهيسين مع محور الكروموسوم، ويتفاعل مباشرةً مع الكروماتين، ويُنظم عملية إعادة التركيب الاختزالي. ^{[ 10 ]} تُعد البروتينات المرتبطة بالكوهيسين مُكونًا رئيسيًا لمحور الكروموسوم، وتتواجد بكثرة خاصة في سنتروميرات الكروموسومات الاختزالية. ^{[ 11 ]} يُحافظ الكوهيسين بشكل أساسي على ترابط الكروماتيدات الشقيقة بعد تضاعف الحمض النووي، وهو ما يلعب دورًا حاسمًا في تثبيت اقتران الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الاختزالي. بمجرد اقتران الكروموسومات المتماثلة، تساعد بروتينات التماسك في مناطق السنترومير على الحفاظ على تماسكها في المراحل المبكرة من الانقسام الاختزالي، مما يضمن بقاء الكروموسومات معًا حتى يحين الوقت المناسب للانفصال. يعتمد تكوين معقد SC على معقدين من بروتينات التماسك: أحدهما ضروري للتفاعلات بين الكروموسومات المتماثلة، والآخر ضروري للتفاعلات بين الكروماتيدات الشقيقة. ^{[ 10 ]}

في الثدييات ، تعمل آليات المراقبة على إزالة الخلايا الانقسامية التي تعاني من خلل في التشابك. إحدى هذه الآليات هي إسكات الانقسام الاختزالي، والذي يتضمن إسكات التعبير الجيني على الكروموسومات غير المتشابكة . [ ^{12 ] أي} منطقة كروموسومية، سواء في الذكور أو الإناث، غير متشابكة، تخضع لإسكات الانقسام الاختزالي. ^{[ 13 ]} يتمركز كل من ATR و BRCA1 و γH2AX على الكروموسومات غير المتشابكة في مرحلة الباكيتين من الانقسام الاختزالي في البويضات البشرية ، وقد يؤدي ذلك إلى إسكات الكروموسومات. ^{[ 14 ]} كما تم تحديد بروتين الاستجابة لتلف الحمض النووي TOPBP1 كعامل حاسم في إسكات الكروموسومات الجنسية أثناء الانقسام الاختزالي. ^{[ 12 ]} ويبدو أن انقطاعات الحمض النووي المزدوجة هي مواقع بدء إسكات الانقسام الاختزالي. ^{[ 12 ]}

في إناث ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوجاستر) ، يحدث تشابك الكروموسومات أثناء الانقسام الاختزالي في غياب إعادة التركيب الجيني . ^{[ 15 ]} وبالتالي، فإن التشابك في ذبابة الفاكهة مستقل عن إعادة التركيب الجيني أثناء الانقسام الاختزالي، وهو ما يتوافق مع الرأي القائل بأن التشابك شرط أساسي لبدء إعادة التركيب الجيني أثناء الانقسام الاختزالي. كما أن إعادة التركيب الجيني أثناء الانقسام الاختزالي غير ضرورية لتشابك الكروموسومات المتماثلة في الدودة الأسطوانية (كاينورابديتيس إليجانس) . ^{[ 16 ]}

• فيديو من جامعة كاليفورنيا في بيركلي يُظهر هجرة نهايات الكروموسومات وتقييم التطابق خلال الطور التمهيدي