ดีเอ็นเอในนิวเคลียส ( nDNA ) หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกในนิวเคลียสคือดีเอ็นเอ ที่บรรจุอยู่ใน นิวเคลียสของเซลล์แต่ละ เซลล์ ของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต [ ^{1 ] มัน}เข้ารหัสส่วนใหญ่ของจีโนมในยูคาริโอต โดยมีดีเอ็นเอไมโท คอนเดรีย และดีเอ็นเอพลาสติดเข้ารหัสส่วนที่เหลือ มันเป็นไปตามการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบเมนเดลโดยข้อมูลมาจากพ่อแม่สองคน คือเพศชายหนึ่งคนและเพศหญิงหนึ่งคน แทนที่จะเป็นแบบสืบทอดทางมารดา (ผ่านทางแม่) เหมือนในดีเอ็นเอไมโทคอนเดรีย^{[ 2 ]}

ดีเอ็นเอในนิวเคลียสเป็นกรดนิวคลีอิกซึ่ง เป็น โมเลกุลชีวภาพพอลิเมอร์ หรือพอลิเมอร์ชีวภาพที่พบในนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอติก โครงสร้างของมันเป็นเกลียวคู่โดยมีสองสายพันกัน ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ฟรานซิส คริกและเจมส์ ดี. วัตสัน (1953) อธิบายไว้เป็นครั้งแรกโดยใช้ข้อมูลที่รวบรวมโดยโรซาลินด์ แฟรงคลินแต่ละสายเป็นโซ่พอลิเมอร์ยาวของนิวคลีโอไทด์ที่ ซ้ำกัน ^{[ 3 ]}นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวประกอบด้วยน้ำตาลห้าคาร์บอน หมู่ฟอสเฟต และเบสอินทรีย์ นิวคลีโอไทด์ถูกจำแนกตามเบสของมัน ได้แก่พิวรีนซึ่งเป็นเบสขนาดใหญ่ที่รวมถึงอะดีนีนและกัวนีนและไพริมิดีนซึ่งเป็นเบสขนาดเล็กที่รวมถึงไทมีนและไซโตซีนกฎของชาร์กาฟระบุว่าอะดีนีนจะจับคู่กับไทมีนเสมอ และกัวนีนจะจับคู่กับไซโตซีนเสมอ หมู่ฟอสเฟตยึดติดกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์และเบสยึดติดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน^{[ 4 ]}

ดีเอ็นเอในนิวเคลียสและดีเอ็นเอในไมโทคอนเดรียมีความแตกต่างกันหลายประการ เริ่มจากตำแหน่งและโครงสร้าง ดีเอ็นเอในนิวเคลียสตั้งอยู่ภายในนิวเคลียสของ เซลล์ ยูคาริโอตและโดยทั่วไปจะมีสองสำเนาต่อเซลล์ ในขณะที่ดีเอ็นเอในไมโทคอนเดรียตั้งอยู่ในไมโทคอนเดรียและมี 100–1,000 สำเนาต่อเซลล์ โครงสร้างของโครโมโซม ดีเอ็นเอในนิวเคลียส เป็นเส้นตรงที่มีปลายเปิดและประกอบด้วย 46 โครโมโซมและมีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 3 พันล้านตัวในมนุษย์ ในขณะที่โครงสร้างของโครโมโซมดีเอ็นเอในไมโทคอนเดรียโดยทั่วไปจะเป็นวงกลมปิดและมีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 16,569 ตัวในมนุษย์^{[ 5 ]}ดีเอ็นเอในนิวเคลียสในสัตว์เป็นแบบดิพลอย ด์ ซึ่ง โดยปกติจะได้รับดีเอ็นเอจากพ่อแม่สองคน ในขณะที่ดีเอ็นเอในไมโทคอนเดรียเป็น แบบ แฮพลอยด์ซึ่งได้รับมาจากแม่เพียงฝ่ายเดียว อัตราการกลายพันธุ์ของดีเอ็นเอในนิวเคลียสน้อยกว่า 0.3% ในขณะที่อัตราการกลายพันธุ์ของดีเอ็นเอในไมโทคอนเดรียโดยทั่วไปจะสูงกว่า^{[ 6 ]}

ดีเอ็นเอในนิวเคลียสเป็นที่รู้จักกันในชื่อโมเลกุลแห่งชีวิตและมีคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตทั้งหมด พบได้ในเกือบทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์ ยกเว้นเซลล์เม็ดเลือดแดงทุกคนมีพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมที่ไม่ซ้ำกัน แม้แต่ฝาแฝดเหมือนกัน^{[ 7 ]}หน่วยงานนิติวิทยาศาสตร์ เช่น สำนักงานสืบสวนอาชญากรรม (BCA) และสำนักงานสอบสวนกลาง (FBI) ใช้เทคนิคที่เกี่ยวข้องกับดีเอ็นเอในนิวเคลียสเพื่อเปรียบเทียบตัวอย่างในคดี เทคนิคที่ใช้ ได้แก่ปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรส (PCR) ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ดีเอ็นเอในปริมาณน้อยมากโดยการสร้างสำเนาของบริเวณเป้าหมายบนโมเลกุล หรือที่เรียกว่าลำดับซ้ำสั้น (STRs) ^{[ 8 ] [ 9 ]}

เช่นเดียวกับไมโทซิสไมโอซิสเป็นรูปแบบหนึ่งของการแบ่งเซลล์ ในเซลล์ยู คาริโอต ไมโอซิสทำให้เกิดเซลล์ลูกที่ไม่ซ้ำกันสี่เซลล์ โดยแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมครึ่งหนึ่งของเซลล์แม่ เนื่องจากไมโอซิสสร้างเซลล์ที่จะกลายเป็นเซลล์สืบพันธุ์ (หรือเซลล์สืบพันธุ์) การลดจำนวนโครโมโซมนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หากไม่มีการลดจำนวนโครโมโซมนี้ การรวมตัวของเซลล์สืบพันธุ์สองเซลล์ในระหว่างการปฏิสนธิจะทำให้ได้ลูกหลานที่มีจำนวนโครโมโซมเป็นสองเท่าของปกติ

ไมโอซิสสร้างการรวมกันใหม่ของสารพันธุกรรมในเซลล์ลูกทั้งสี่เซลล์ การรวมกันใหม่เหล่านี้เกิดจากการแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอระหว่างโครโมโซมคู่หนึ่ง การแลกเปลี่ยนดังกล่าวหมายความว่าเซลล์สืบพันธุ์ที่ผลิตผ่านไมโอซิสมักแสดงความหลากหลายทางพันธุกรรมอย่างมาก

กระบวนการไมโอซิสเกี่ยวข้องกับการแบ่งนิวเคลียสสองรอบ ไม่ใช่แค่รอบเดียว ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการไมโอซิส เซลล์จะผ่านช่วงอินเตอร์เฟส ซึ่งเป็นช่วงที่เซลล์เจริญเติบโต จำลองโครโมโซม และตรวจสอบระบบต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าพร้อมที่จะแบ่งตัว

เช่นเดียวกับไมโทซิส ไมโอซิสก็มีระยะที่แตกต่างกันเรียกว่าโพรเฟสเมตาเฟสแอนาเฟสและเทโลเฟสอย่างไรก็ตาม ความแตกต่างที่สำคัญคือ ในระหว่างไมโอซิส แต่ละระยะเหล่านี้จะเกิดขึ้นสองครั้ง — ครั้งหนึ่งในระหว่างการแบ่งเซลล์รอบแรก เรียกว่า ไมโอซิส I และอีกครั้งในระหว่างการแบ่งเซลล์รอบที่สอง เรียกว่า ไมโอซิส II ^{[ 10 ]}

ก่อนการแบ่งเซลล์ สารพันธุกรรม DNA ในเซลล์เดิมจะต้องถูกทำซ้ำเพื่อให้หลังจากการแบ่งเซลล์ เซลล์ใหม่แต่ละเซลล์จะมีสารพันธุกรรม DNA ครบถ้วน กระบวนการทำซ้ำ DNA มักเรียกว่าการจำลอง แบบ การจำลองแบบนี้เรียกว่าการจำลองแบบกึ่งอนุรักษ์เนื่องจากเซลล์ใหม่แต่ละเซลล์จะมี DNA เดิมหนึ่งสายและ DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่หนึ่งสาย สายโพลีนิวคลีโอไทด์ของ DNA เดิมทำหน้าที่เป็นแม่แบบเพื่อนำทางการสังเคราะห์โพลีนิวคลีโอไทด์ของ DNA ที่เป็นส่วนประกอบใหม่ แม่แบบ DNA สายเดี่ยวทำหน้าที่นำทางการสังเคราะห์สาย DNA ที่เป็นส่วนประกอบ^{[ 11 ]}

การจำลองดีเอ็นเอเริ่มต้นที่ตำแหน่งเฉพาะในโมเลกุลดีเอ็นเอที่เรียกว่าจุดเริ่มต้นของการจำลอง (origin of replication ) เอนไซม์เฮลิเคสจะคลายเกลียวและแยกส่วนหนึ่งของโมเลกุลดีเอ็นเอออกจากกัน จากนั้นโปรตีนที่จับกับสายเดี่ยว (single-strand binding proteins) จะทำปฏิกิริยาและทำให้ส่วนที่แยกออกมาเป็นสายเดี่ยวของโมเลกุลดีเอ็นเอมีความเสถียร เอนไซม์เชิงซ้อนดีเอ็นเอพอลิเมอเรสจะเข้าจับกับส่วนที่แยกออกมาของโมเลกุลและเริ่มต้นกระบวนการจำลอง ดีเอ็นเอพอลิเมอเรสสามารถเชื่อมต่อเฉพาะนิวคลีโอไทด์ดีเอ็นเอใหม่กับสายของนิวคลีโอไทด์ที่มีอยู่แล้วเท่านั้น ดังนั้น การจำลองจึงเริ่มต้นเมื่อเอนไซม์ที่เรียกว่า ไพรเม ส (primase)ประกอบไพรเมอร์อาร์เอ็นเอ (RNA primer ) ที่จุดเริ่มต้นของการจำลอง ไพรเมอร์อาร์เอ็นเอประกอบด้วยลำดับสั้นๆ ของนิวคลีโอไทด์อาร์เอ็นเอ ซึ่งเป็นส่วนเสริมของส่วนเริ่มต้นเล็กๆ ของสายดีเอ็นเอที่กำลังเตรียมการจำลอง จากนั้นดีเอ็นเอพอลิเมอเรสจะเพิ่มนิวคลีโอไทด์ดีเอ็นเอเข้าไปในไพรเมอร์อาร์เอ็นเอ และเริ่มต้นกระบวนการสร้างสายดีเอ็นเอใหม่ที่เป็นส่วนเสริม ต่อมาไพรเมอร์ RNA จะถูกกำจัดออกด้วยเอนไซม์และแทนที่ด้วยลำดับนิวคลีโอไทด์ DNA ที่เหมาะสม เนื่องจากสายคู่สมสองสายของโมเลกุล DNA มีทิศทางตรงกันข้าม และ DNA โพลีเมอเรสสามารถรองรับการจำลองแบบได้เพียงทิศทางเดียว จึงมีการใช้กลไกที่แตกต่างกันสองแบบในการคัดลอกสาย DNA สายหนึ่งจะถูกจำลองแบบอย่างต่อเนื่องไปในทิศทางการคลายเกลียว ทำให้ส่วนของโมเลกุล DNA ดั้งเดิมแยกออกจากกัน ในขณะที่อีกสายหนึ่งจะถูกจำลองแบบอย่างไม่ต่อเนื่องในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เกิดชิ้นส่วน DNA สั้นๆ หลายชิ้นที่เรียกว่าOkazaki fragmentsแต่ละ Okazaki fragment ต้องการไพรเมอร์ RNA ที่แยกจากกัน เมื่อ Okazaki fragments ถูกสังเคราะห์ ไพรเมอร์ RNA จะถูกแทนที่ด้วยนิวคลีโอไทด์ DNA และชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเป็นสายคู่สมที่ต่อเนื่องกัน^{[ 12 ]}

ความเสียหายของดีเอ็นเอในนิวเคลียสเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจากแหล่งก่อกวนภายในและภายนอกต่างๆยูคาริโอตได้พัฒนาชุด กระบวนการ ซ่อมแซมดีเอ็นเอ ที่หลากหลาย เพื่อกำจัดความเสียหายของดีเอ็นเอในนิวเคลียส กระบวนการซ่อมแซมเหล่านี้รวมถึง การซ่อมแซม โดยการตัดฐาน การซ่อมแซมโดย การตัดนิวคลีโอไทด์ การซ่อมแซมโดยการรวมตัวกันของโฮโมโลกัสการเชื่อมต่อปลายที่ไม่เหมือนกันและการเชื่อมต่อปลายโดยอาศัยไมโครโฮโมโลจีกระบวนการซ่อมแซมดังกล่าวมีความสำคัญต่อการรักษาเสถียรภาพของดีเอ็นเอในนิวเคลียส ความล้มเหลวของกิจกรรมการซ่อมแซมในการตามให้ทันกับการเกิดความเสียหายมีผลเสียหลายประการ ความเสียหายของดีเอ็นเอในนิวเคลียส ตลอดจนการกลายพันธุ์และการเปลี่ยนแปลงทางเอพิเจเนติกส์ที่ความเสียหายดังกล่าวก่อให้เกิด ถือเป็นสาเหตุสำคัญของโรคมะเร็งความเสียหายของดีเอ็นเอในนิวเคลียสยังเกี่ยวข้องกับความชรา^{[ 13 ]}และความเสื่อมของระบบประสาท^{[ 14 ] [ 15 ]}

ดีเอ็นเอในนิวเคลียสอาจ เกิด การกลายพันธุ์ ได้ สาเหตุหลักของการกลายพันธุ์คือการจำลองดีเอ็นเอ ที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งมักเกิดจากเอนไซม์ดีเอ็นเอพอลิเมอเรส เฉพาะ ที่สังเคราะห์ผ่านความเสียหายของดีเอ็นเอในสายแม่แบบ ( การสังเคราะห์ข้ามรอยโรคที่ ผิดพลาด ) ^{[ 16 ]}การกลายพันธุ์ยังเกิดขึ้นจากการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่ไม่ถูกต้อง เส้นทาง การเชื่อมต่อปลายที่อาศัยไมโครโฮโมโลยีสำหรับการซ่อมแซมการแตกของสายคู่มีแนวโน้มที่จะเกิดการกลายพันธุ์เป็นพิเศษ^{[ 17 ]}การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นในดีเอ็นเอในนิวเคลียสของเซลล์สืบพันธุ์ส่วนใหญ่มักเป็นกลางหรือเป็นผลเสียต่อการปรับตัว อย่างไรก็ตาม การกลายพันธุ์เพียงเล็กน้อยที่พิสูจน์แล้วว่าเป็นประโยชน์จะให้ความแปรผันทางพันธุกรรมที่การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำงานเพื่อสร้างการปรับตัวใหม่

• แผนภาพโครโมโซมแสดงดีเอ็นเอในนิวเคลียสของมนุษย์ พร้อมป้ายกำกับ จากโครงการจีโนมมนุษย์ (ค.ศ. 1990-2003)
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

• โครมาติน
• ยีนนิวเคลียร์