การอัดขึ้นรูปห่วง

การสร้างลูป (Loop extrusion ) เป็นกลไกสำคัญ ในการจัดระเบียบภายใน นิวเคลียสเป็นกระบวนการแบบไดนามิกที่โปรตีนคอมเพล็กซ์SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) ค่อยๆ สร้างลูปของ DNAหรือโครมาติน ในกระบวนการนี้ คอมเพล็กซ์ SMC เช่นคอนเดนซินหรือโคฮีซินจะจับกับ DNA/ โครมาตินใช้ กิจกรรมของมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย ATPในการดึง DNA เข้ามา และส่งผลให้ DNA ที่รวบรวมได้นั้นถูกดันออกมาเป็นลูป

พื้นหลัง

การจัดระเบียบของDNAก่อให้เกิดความท้าทายทางชีววิทยาที่น่าทึ่ง: DNA ของมนุษย์สามารถยาวได้ถึง 2 เมตร^{[ 1 ]}และถูกบรรจุอยู่ในนิวเคลียสที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5-20 ไมโครเมตร^{[ 2 ]}ในขณะเดียวกัน กระบวนการของเซลล์ที่สำคัญเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อนบน DNA ที่อัดแน่นมาก เช่น การถอดรหัส การจำลองแบบ การรวมตัวใหม่การซ่อมแซม DNAและการแบ่งเซลล์

การอัดขึ้นรูปวงเป็นกลไกสำคัญที่จัดระเบียบDNAให้เป็นวง ทำให้สามารถบีบอัดได้อย่างมีประสิทธิภาพและจัดระเบียบการทำงานได้ ตัวอย่างเช่น การทดลอง ในหลอดทดลองแสดงให้เห็นว่าโคฮีซินสามารถบีบอัด DNA ได้ถึง 80% ^{[ 3 ]}ในขณะที่คอนเดนซินสามารถบีบอัดโครโมโซมไมโทซิสได้ถึง 10,000 เท่า ดังที่เห็นได้จากกล้องจุลทรรศน์Hi-Cและการจำลองพอลิเมอร์^{[ 4 ]}

ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการสร้างการสื่อสารทางจีโนมระยะไกล ซึ่งอาจครอบคลุมเบสคู่หลายแสนคู่^{[ 5 ]}การเผชิญหน้าทางกายภาพระหว่างองค์ประกอบทางจีโนมเป็นไปแบบสุ่มและไม่แน่นอนโดยเนื้อแท้หากไม่มีกลไกใดมาช่วยอำนวยความสะดวก^{[ 6 ]}การอัดรีดลูปได้รับการเสนอให้เป็นวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมการสัมผัสโดยการนำองค์ประกอบเป้าหมายเข้ามาใกล้กันในขณะที่จำกัดการสัมผัสกับตำแหน่งที่ไม่ต้องการ^{[ 7 ]}

ส่วนประกอบสำคัญ

ส่วนประกอบสำคัญของกระบวนการรีดขึ้นรูปวงแหวน ได้แก่

โมเลกุล DNA ที่ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการเคลื่อนที่ของเครื่องอัดรีด
ตัวขับดัน (Extruders) ซึ่งโดยทั่วไปคือคอมเพล็กซ์ SMC จะเคลื่อนที่ไปตาม DNA โดยอาศัยพลังงานจาก ATP
ปัจจัยเสริม
- ตัวโหลดของเครื่องอัดรีด ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการโหลดเครื่องอัดรีดลงบน DNA ( NIPBL /MAU2 เชื่อว่ามีบทบาทสำคัญในการโหลดเครื่องอัดรีดลงบน DNA ^{[ 8 ]} )
- ตัวปลดเครื่องอัดรีด โมเลกุลที่ช่วยให้เครื่องอัดรีดแยกออกจาก DNA (ตัวอย่างเช่นWAPL ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} )
- สิ่งกีดขวางบนดีเอ็นเอที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของเครื่องอัดรีดและส่งผลให้เครื่องจักรหยุดทำงาน

โปรตีน SMC

การดันลูปเกิดขึ้นโดยกลุ่มโปรตีนคอมเพล็กซ์SMC ซึ่งประกอบด้วย โคฮีซิน [ ^{12 ] คอน}เดนซิน [ ^{13 ] และ} SMC5/6 ^{[ 14 ]}โดยแต่ละกลุ่มมีบทบาทเฉพาะที่แตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิต ระยะ ของวงจรเซลล์และบริบททางชีววิทยา^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}โคฮีซินทำหน้าที่สร้างและทำให้ลูปโครมาตินคงตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงอินเตอร์เฟสในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งโคฮีซินช่วยอำนวยความสะดวก ใน การควบคุมการถอดรหัสโดยส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวกระตุ้นและโปรโมเตอร์ที่อยู่ห่างไกล ในระหว่างไมโทซิสและไมโอซิสโคฮีซินจะแยกตัวออกจากแขนของโครโมโซม ทำให้คอนเดนซินรับบทบาทในการดันลูปแทน การดันลูปโดยคอนเดนซินช่วยให้เกิดการอัดแน่นของโครโมโซมในระดับใหญ่ ทำให้เกิดโครงสร้างโครโมโซมแบบแท่งที่กะทัดรัดซึ่งจำเป็นสำหรับการแยกตัวอย่างแม่นยำ แตกต่างจากโคฮีซินและคอนเดนซิน SMC5/6 เป็นปัจจัยการดันลูปซึ่งทำหน้าที่หลักในการรักษาความสมบูรณ์ของจีโนมในระหว่างการซ่อมแซมความเสียหายของ DNA และการแก้ไขความเครียดจากการจำลองแบบ

แม้จะมีบทบาทที่แตกต่างกัน แต่คอมเพล็กซ์ SMC ก็มีโครงสร้างคล้ายวงแหวนที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูง^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}โปรตีน SMC สองตัว (โดยปกติคือ SMC1 และSMC3 ) เชื่อมต่อกันผ่านบริเวณบานพับและเชื่อมต่อกันที่ส่วนหัวโดยซับยูนิต kleisin ทำให้เกิดวงแหวนปิด โปรตีน SMC สองตัวนี้มี โดเมน ATPaseที่ส่วนหัว ซึ่งจะจับกันและไฮโดรไลซ์ATPวงจรการจับและการไฮโดรไลซ์ ATP เป็นตัวกลางในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในโครงสร้างวงแหวน^{[ 17 ]}ซึ่งขับเคลื่อนการเคลื่อนย้าย DNA และการดันลูปทีละขั้นตอน^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} ATP มีความสำคัญทั้งในการเริ่มต้นการดันลูป (เช่น การโหลดคอมเพล็กซ์ SMC ลงบน DNA) และการแพร่กระจาย (การเติบโตของลูปโดยการเคลื่อนย้ายไปตาม DNA) แรงตึงภายใน DNA มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการดัน ที่ความตึงต่ำ คอมเพล็กซ์ SMC สามารถสร้างขั้นตอนการจับห่วงที่ใหญ่ขึ้นได้ ในขณะที่ความตึงที่สูงขึ้นอาจนำไปสู่การหยุดชะงักหรือการกลับทิศทางของการอัดห่วง^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

การปรับเปลี่ยนและปัจจัยในการขนถ่าย

ลักษณะพลวัตของการดันลูปนั้นถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยปัจจัยเสริมและการดัดแปลงหลังการแปล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของโคฮีซิน ในสัตว์มีกระดูกสันหลังNIPBL (และออร์โธล็อกเช่น Mau2 ในยีสต์หรือ SCC2 และ SCC4) มีความสำคัญต่อการโหลดคอมเพล็กซ์ SMC ลงบน DNA เริ่มต้นและรักษาการดันที่ใช้งานอยู่^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}เชื่อกันว่า PDS5 จะหยุดกระบวนการดันชั่วคราว^{[ 21 ]}^{[ 22 ]}จากนั้น SMC สามารถเริ่มต้นการดันใหม่หรือถูกปลดออกโดยการจับเพิ่มเติมของWAPL [ ^{9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงการรีไซเคิลและการหมุนเวียนที่เหมาะสม การดัดแปลงหลังการแปลยังมีบทบาทสำคัญการอะเซทิเลชันของโคฮีซินโดยเอนไซม์เช่นESCO1และESCO2 ทำให้ลูปโครมาติ ^นมีเสถียรภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ไซต์ที่จับกับ CTCF ^{[ 23 ]}ในทำนองเดียวกัน การซูโมอิเลชันซึ่งเกิดขึ้นโดยซับยูนิต NSE2 ของคอมเพล็กซ์ SMC5/6 ช่วยเพิ่มการดึงดูด SMC5/6 ไปยังบริเวณที่มีความเสียหายของ DNA ซึ่งสนับสนุนบทบาทของมันในความเสถียรของจีโนม^{[ 24 ]}^{[ 25 ]}

อุปสรรคในการขึ้นรูปวงแหวน

เครื่องอัดรีดแบบลูปอาจพบอุปสรรคต่างๆ ขณะอัดรีด ตัวอย่างเช่น อุปสรรคหลายอย่างแสดงให้เห็นว่าโต้ตอบกับโคฮีซินโดยตรงและตั้งสมมติฐานว่าจะหยุดการเคลื่อนที่ของโคฮีซินบน DNA อย่างไรก็ตาม การทดลอง ในร่างกายแสดงให้เห็นว่าโคฮีซินสามารถผ่านอุปสรรคที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดวงแหวนของมันได้บ่อยครั้ง^{[ 26 ]}

โมเลกุลโคฮีซินและคอนเดนซินอื่นๆ:พบว่าโคฮีซินและคอนเดนซินที่ถูกขับออกมาเป็นอุปสรรคต่อตัวขับอื่นๆ ที่พบเจอระหว่างทาง^{[ 27 ]}^{[ 4 ]}ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงเป็นอุปสรรคพื้นฐานที่อาจพบเจอโดยบังเอิญบน DNA
CTCF : โดเมนจับ DNAปลาย Cของ CTCF ได้รับการแสดงให้เห็นว่าโต้ตอบโดยตรงกับ ซับยูนิต SA2และ SCC1 ของโคฮีซินเพื่อหยุดการดันออกและคงไว้บน DNA^{[ 28 ]}โดยมีหลักฐานล่าสุดที่ชี้ให้เห็นถึงการพึ่งพาแรงตึงในการโต้ตอบ^{[ 29 ]} CTCF ทำให้โคฮีซินหยุดชะงักในลักษณะที่มีทิศทางสูง โดยโคฮีซินสามารถผ่าน CTCF ไปได้ในทิศทางหนึ่ง แต่จะหยุดเมื่อพบเจอในทิศทางตรงกันข้าม^{[ 30 ]}ทิศทางนี้ทำให้เกิดโดเมนที่แยกออกจากกันบนจีโนมที่เรียกว่าโดเมนที่เชื่อมโยงกันทางโทโพโลยี (TADs)ซึ่งได้รับการเสนอว่ามีบทบาทสำคัญในการควบคุมยีน^{[ 31 ]}
RNA polymerase / การถอดรหัส : โพลีเมอเรสที่ถอดรหัสสามารถทำหน้าที่เป็นสิ่งกีดขวางโคฮีซิน ซึ่งอาจไม่เพียงแต่หยุดตัวขับดัน แต่ยังทำหน้าที่เป็นมอเตอร์ผลักโคฮีซินไปในทิศทางของการเคลื่อนที่ของโพลีเมอเรส^{[ 32 ]}^{[ 33 ]}ขนาดของโพลีเมอเรสที่มี RNA ที่ถอดรหัสแล้ว มักจะใหญ่กว่าขนาดของวงแหวนโคฮีซิน และแรงหยุดของโคฮีซินมีขนาดเล็กกว่าของโพลีเมอเรสมาก^{[ 34 ]}ทำให้โพลีเมอเรสสามารถทำหน้าที่เป็นสิ่งกีดขวางได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังพบว่า RNA สามารถโต้ตอบกับหน่วยย่อยของโคฮีซินได้โดยตรง^{[ 35 ]}
การจำลองดีเอ็นเอ :พบว่าฟอร์กการจำลองและรีพลิโซม จำกัดกิจกรรมการดันลูป ^{[ 36 ]}^{[ 37 ]} นอกจากนี้ ยังพบว่า เฮลิเคส MCMซึ่งเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดการจำลอง สามารถต่อต้านการดันโคฮีซินบนดีเอ็นเอได้^{[ 38 ]}
R-loops : หลักฐานบางอย่างชี้ให้เห็นว่า R-loops ยังสามารถทำหน้าที่เป็นสิ่งกีดขวางการดันลูปออกมาได้^{[ 39 ]}และ R-loops ได้รับการแสดงให้เห็นว่ามีปฏิสัมพันธ์กับหน่วยย่อยโคฮีซิน^{[ 35 ]}อย่างไรก็ตาม หลักฐานอื่นๆ ชี้ให้เห็นว่า R-loops อาจทำหน้าที่เป็นตัวโหลดโคฮีซินแทน^{[ 40 ]}

กลไกโมเลกุล

กลไกโมเลกุลของการดันลูป DNA โดยโปรตีน SMC ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่การศึกษาโครงสร้างล่าสุดได้มีความก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนารูปแบบการทำงานหลายแบบ เช่น รูปแบบการบีบรัด^{[ 41 ]}รูปแบบบราวน์เนียนแรตเช็ต รูปแบบการจับส่วนของ DNA/รูปแบบการปั๊ม DNA ^{[ 42 ]}รูปแบบการยึดและป้อน และรูปแบบการแกว่งและหนีบ^{[ 43 ]}

หลักฐานสำหรับการอัดขึ้นรูปห่วง

หลักฐานเกี่ยวกับโมเลกุลที่ยื่นออกมาเป็นวงและคุณสมบัติของพวกมัน

การมองเห็นโดยตรงในหลอดทดลอง

หลักฐานโดยตรงแรกของการดันลูปมาจาก การศึกษาภาพ ในหลอดทดลองของ DNA ที่ติดฉลากด้วยฟลูออเรสเซนต์ร่วมกับคอนเดนซิน^{[ 44 ]}หรือโคฮีซิน^{[ 3 ]}^{[ 45 ]}^{[ 46 ]}พบว่าการดันลูปขึ้นอยู่กับ ATP และเกิดขึ้นที่ความเร็วประมาณ 1-3 กิโลบิตต่อวินาที แรงหยุดถูกวัดได้ประมาณ 0.1-1 เพนตานิวตัน^{[ 47 ]}^{[ 44 ]}ซึ่งถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับมอเตอร์โมเลกุลอื่นๆ^{[ 48 ]}

หลักฐานในร่างกาย

การดันลูปโดยโคฮีซินคอมเพล็กซ์ SMC ได้รับการเสนอแนะบนพื้นฐานของแผนที่การสัมผัสโครมาตินจากการทดลอง Hi-C แผนที่เหล่านี้แสดงโดเมนจีโนมของการสัมผัสตัวเองที่มีขนาดไม่กี่ร้อยกิโลเบส ซึ่งเรียกว่าโดเมนที่เชื่อมโยงทางโทโพโลยี (TADs) ^{[ 49 ]}^{[ 50 ]}^{[ 51 ]}^{[ 52 ]}โดเมนเหล่านี้โดยทั่วไปมีขอบเขตโดยไซต์การจับของโปรตีน CTCF ซึ่งมีการวางแนวในลักษณะบรรจบกันเพื่อให้โปรตีน CTCF "ชี้" เข้าหากัน^{[ 50 ]}ข้อสังเกตนี้ชี้ให้เห็นว่าลักษณะนี้ของการจัดระเบียบโครมาตินจะต้องดำเนินการโดยกลไกการสแกนเชิงเส้นแบบ 1 มิติ มากกว่ากลไก 3 มิติที่เกี่ยวข้องกับการพบกันแบบสุ่ม ซึ่งจะแสดงการวางแนวของ CTCF (บรรจบกัน แยกออกจากกัน และการวางแนวขนานสองแบบ) ในความน่าจะเป็นที่เท่ากัน แบบจำลองการจำลองเชิงปริมาณในภายหลังที่เสนอการดันลูปโดยโคฮีซินสามารถสร้างรูปแบบการสัมผัสโครมาตินที่สังเกตได้ใน Hi-C ขึ้นมาใหม่ได้^{[ 53 ]}^{[ 54 ]}

หลักฐานล่าสุดมาจากการถ่ายภาพพลวัตของโครมาตินในสภาวะที่มีและไม่มีโคฮีซิน การทดลองกับตำแหน่งจีโนมที่ติดแท็กด้วยฟลูออเรสเซนต์ซึ่งวิเคราะห์โดยเทคนิคการอนุมานทางคณิตศาสตร์บ่งชี้ว่าตำแหน่งเหล่านี้เข้าใกล้กันในเชิงพื้นที่บ่อยขึ้นเมื่อมีโคฮีซิน^{[ 55 ]}^{[ 56 ]} การสร้างแบบจำลองการจำลองที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นอีกครั้งว่าการดันวงโครมาตินสามารถอธิบายการสังเกตเหล่านี้ได้

หลักฐานเกี่ยวกับบทบาททางชีววิทยาของการอัดขึ้นรูปห่วง

งานวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับบทบาททางชีววิทยาของการอัดรีดลูปนั้นอาศัยการยับยั้งตัวอัดรีดลูปและสังเกตผลที่ตามมา การลดลงของโคฮีซินนำไปสู่การหายไปของ TAD และการสูญเสียการถอดรหัสทั่วทั้งจีโนม^{[ 57 ]}^{[ 58 ]}ในบางกรณีที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น พบว่าการยับยั้งโคฮีซินสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาท^{[ 59 ]}และการแยกแยะและการทำงานของเซลล์เดนไดรต์^{[ 60 ]} การลดลงของคอนเดนซิน I หรือคอนเดนซิน II ในช่วงเริ่มต้นของการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสนำไปสู่การสร้างโครโมโซมที่ผิดปกติและการแยก โครมาทิดคู่ที่ไม่ถูกต้อง^{[ 4 ]}

หน้าที่ทางชีวภาพ

มีการค้นพบการสร้างลูปในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด โดยมีบทบาทที่คาดการณ์ไว้ในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน การซ่อมแซมดีเอ็นเอ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวกระตุ้นและตัวส่งเสริม และการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส

ไมโทซิสในยูคาริโอต:ในไมโทซิส การสร้างลูปโดยคอนเดนซินมีความสำคัญต่อการแยกโครมาทิดคู่แฝดและเพื่อให้โครงสร้างมีความแข็งแกร่งหลังจากการแยก คอนเดนซิน I พบว่าสามารถปรับขนาดและการจัดเรียงของลูปภายในที่ซ้อนกัน และคอนเดนซิน II จัดระเบียบแกนหลักที่ลูปแผ่ออกมา^{[ 4 ]}
การแบ่งเซลล์ในแบคทีเรีย:ในแบคทีเรีย พบว่าโปรตีน SMC ช่วยรักษาตำแหน่งของแขนโครโมโซมโดยการโหลดที่เซนโทรเมียร์และยื่นออกไปจนถึงปลาย^{[ 61 ]}
การสื่อสารระหว่าง ตัวเร่งปฏิกิริยาและโปรโมเตอร์ :ในช่วงอินเตอร์เฟส มีการเสนอให้การดันลูปที่เกิดจากโคฮีซินช่วยอำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ห่างไกลและโปรโมเตอร์ที่ควบคุมการถอดรหัสยีน^{[ 62 ]}เมื่อโคฮีซินดันลูปของโครมาติน มันสามารถนำองค์ประกอบควบคุมที่แยกจากกันหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลเบสเข้ามาใกล้กันได้ชั่วคราว ทำให้ปัจจัยการถอดรหัสที่จับกับตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถโต้ตอบกับกลไกการถอดรหัสที่เกี่ยวข้องกับโปรโมเตอร์ได้ ตำแหน่งการจับของ CTCF สามารถปรับกระบวนการนี้ได้โดยการปิดกั้นหรือทำให้การดันลูปมีเสถียรภาพ จึงจำกัดว่าตัวเร่งปฏิกิริยาใดสามารถติดต่อกับโปรโมเตอร์ใดได้^{[ 63 ]}^{[ 64 ]}ผ่านกลไกนี้ CTCF และโคฮีซินได้รับการแสดงให้เห็นว่าช่วยให้โปรแกรมการพัฒนาและการควบคุมที่ซับซ้อนเกิดขึ้นได้:
- การรวมตัวของ V(D)J :พบว่าการดันลูปโดยโคฮีซินมีบทบาทสำคัญในการรวมตัวของ V(D)J เพื่อสร้างความหลากหลายในแอนติบอดีและตัวรับทีเซลล์^{[ 65 ]}^{[ 66 ]}เนื่องจากการลดลงของโคฮีซินจะยับยั้งการรวมตัวของ V(D)J^{[ 67 ]}มีโมทีฟ CTCF อยู่ทั่วบริเวณการรวมตัว และการผกผันของทิศทางหรือการกลายพันธุ์ของโมทีฟนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในความน่าจะเป็นของการรวมตัวที่สอดคล้องกับที่คาดการณ์โดยการดันลูป^{[ 68 ]}^{[ 69 ]}
- การเลือกโปรโมเตอร์ของ โปรโตแคดเฮริน :โปรโตแคดเฮรินเป็นโปรตีนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เกี่ยวข้อง กับ การยึดเกาะของเซลล์ประสาทซึ่งถูกเข้ารหัสใน DNA ในยีนที่คล้ายกันหลายยีนที่ตั้งอยู่ในโลคัสของโปรโตแคดเฮริน โดยปกติแล้วเซลล์ประสาทจะแสดงออกเฉพาะโปรโตแคดเฮรินบางส่วนเท่านั้น ทำให้เกิดความแปรปรวนในการโต้ตอบระหว่างเซลล์ประสาท^{[ 70 ]}การเลือกโปรโตแคดเฮรินขึ้นอยู่กับโคเฮซิน ซึ่งเชื่อมโยงโปรโมเตอร์ทางเลือกของโปรโตแคดเฮรินกับตัวเร่งปฏิกิริยาในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับ CTCF^{[ 71 ]}กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการควบคุมที่ซับซ้อนโดย CTCF^{[ 72 ]}และ WAPL^{[ 73 ]}
โดเมนที่เชื่อมโยงกันทางโทโพโลยี (TADs):ในระหว่างระยะอินเตอร์เฟส โครโมโซมจะถูกบีบอัดในระดับย่อยเมกะเบสในบริเวณที่เรียกว่า TADs โดยทั่วไปแล้ว TADs จะมีขอบเขตเป็นโมทีฟสำหรับ CTCF และจะหายไปอย่างสมบูรณ์หากโคฮีซินหรือ CTCF ถูกย่อยสลาย^{[ 50 ]}ตำแหน่ง CTCF ที่ขอบเขตของ TAD ทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้นการยื่นของลูป ป้องกันไม่ให้โคฮีซินยื่นลูปข้ามขอบเขตของโดเมน ส่งผลให้เอนแฮนเซอร์และโปรโมเตอร์ที่อยู่ใน TAD ที่แตกต่างกันมีโอกาสน้อยที่จะถูกนำมารวมกันโดยการสร้างลูปผ่านโคฮีซิน ทำให้ TADs ทำหน้าที่เป็นย่านควบคุมที่จำกัดการสื่อสารระหว่างเอนแฮนเซอร์และโปรโมเตอร์ภายในโดเมนเดียวกัน

แบบจำลองเชิงทฤษฎีของการอัดขึ้นรูปห่วง

ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการอัดขึ้นรูปวงแหวน ขาทั้งสองข้างของปัจจัยการอัดขึ้นรูปวงแหวน (LEF) จะถูกแทนด้วยจุดบนเส้นตรงหนึ่งมิติ ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามนโยบายการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน:

การเคลื่อนย้าย LEF: สิ่งเหล่านี้กำหนดวิธีการเคลื่อนที่ของ LEF ไปตามโครมาติน ซึ่งรวมถึงการยื่นออกมาแบบสมมาตร—โดยที่ขาทั้งสองข้างเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม—และการยื่นออกมาแบบด้านเดียว—โดยที่ขาข้างหนึ่งหยุดนิ่งในขณะที่อีกข้างเคลื่อนที่ โคฮีซินมักถูกจำลองด้วยการยื่นออกมาแบบสมมาตร ในขณะที่คอนเดนซินเชื่อกันว่ามีกลไกการยื่นออกมาแบบด้านเดียว^{[ 74 ]}
การจับและการหลุดออกแบบสุ่ม : LEF จะจับกับโครมาตินในเวลาและตำแหน่งแบบสุ่มตามแนวสายโซ่ และจะหลุดออกหลังจากช่วงเวลาที่กำหนดไว้
ปฏิสัมพันธ์ LEF-LEF : เมื่อ LEF พบกัน สามารถใช้นโยบายปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันได้ LEF อาจหยุดเมื่อเกิดการชนกัน หรือเลี่ยงผ่านกันได้ ดังที่สังเกตได้ในบางบริบท^{[ 27 ]}^{[ 4 ]}
สิ่งกีดขวางการอัดรีด : โปรตีนที่จับตัวอยู่ เช่น CTCF หรือRNA polymerase IIสามารถทำหน้าที่เป็นสิ่งกีดขวาง ทำให้การเคลื่อนที่ของ LEF หยุดชะงักหรือหยุดลงได้

เนื่องจากรูปแบบที่แท้จริงของพลวัตของ LEF ยังคงไม่แน่นอน แบบจำลองเหล่านี้จึงเป็นกรอบการทำงานที่ยืดหยุ่นเพื่อสำรวจพฤติกรรมสมมติฐานต่างๆ ของ LEF

ในแบบจำลองเหล่านี้ สถิติของ LEF มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ทางกายภาพหลักสองประการ: ^{[ 27 ]}

กระบวนการทำงาน ( ${\textstyle \lambda =2v\tau }$ ): ขนาดเฉลี่ยของห่วงที่ถูกดันออกมาโดย LEF ที่ไม่มีสิ่งกีดขวางก่อนที่จะแยกตัวออก ขนาดของห่วงลักษณะเฉพาะนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วในการดันออกมา $v$ และระยะเวลาการพำนัก $\tau$ ของ LEF บนโครมาติน
การแยก ( $d=L/N$ ) :ระยะห่างเฉลี่ยระหว่าง LEF บนเส้นใยโครมาติน กำหนดโดยจำนวน LEF ทั้งหมด $N$ และความยาวของโครมาติน $L$ ระยะห่างที่สั้นลงจะทำให้ลูปเรียงตัวกันหนาแน่นขึ้น ในขณะที่ระยะห่างที่มากขึ้นจะทำให้เกิดช่องว่างระหว่างลูป

ปฏิสัมพันธ์ของพารามิเตอร์ทั้งสองนี้ ซึ่งถูกสรุปไว้ในพารามิเตอร์ไร้มิติ $\lambda /d$ กำหนดสถานะสองสถานะของการจัดระเบียบโครมาติน:

สถานะเบาบาง ( $\lambda /d\ll 1$ ): LEF ทำงานอย่างอิสระ โดยก่อตัวเป็นวงแยกที่มีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างกัน สภาวะนี้ส่งผลให้เส้นใยโครมาตินอัดแน่นน้อยที่สุด
สถานะหนาแน่น ( $\lambda /d\gg 1$ ): LEF มีจำนวนมากพอที่จะก่อตัวเป็นแถวของลูปที่ต่อเนื่องและไม่มีช่องว่าง ซึ่งนำไปสู่การอัดแน่นของโครมาตินอย่างมาก ดังที่เห็นได้ในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 45 ]

[ 46 ]

[ 47 ]

[ 48 ]

[ 49 ]

[ 51 ]

[ 52 ]

[ 53 ]

[ 54 ]

[ 55 ]

[ 56 ]

[ 57 ]

[ 58 ]

[ 59 ]

[ 60 ]

[ 61 ]

[ 62 ]

[ 63 ]

[ 64 ]

[ 65 ]

[ 66 ]

[ 67 ]

[ 68 ]

[ 69 ]

[ 70 ]

[ 71 ]

[ 72 ]

[ 73 ]

[ 74 ]

ไม่มีชื่อบทความ