معلومة

هل المعززات وكواتم الصوت تعتبر تعديلات جينية؟

هل المعززات وكواتم الصوت تعتبر تعديلات جينية؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل المعززات وكواتم الصوت تعتبر تعديلات جينية؟ أشعر بالارتباك لأنه يبدو أن المعززات وكواتم الصوت عبارة عن تسلسلات على الحمض النووي وكيف تعمل من خلال الارتباط بالبروتينات ، بينما يبدو أن التغييرات اللاجينية هي تغييرات تم إجراؤها على القواعد على سبيل المثال إضافة مجموعة الميثيل.


لا.

المعلومات اللاجينية (حسب التعريف) غير مدرجة في تسلسل النيوكليوتيدات ، ولكنها تؤثر على التعبير الجيني.

المعززات / كاتمات الصوت هي نفسها متواليات نيوكليوتيد ، وبالتالي فهي ليست معلومات فوق جينية.

الميثيل مثال على المعلومات اللاجينية ، لكن تسلسل الحمض النووي نفسه هو معلومات وراثية ، حتى لو كان يؤثر على الجين.

CgATgCCAg = وراثي

أستلة هيستون / مثيلة الحمض النووي = الوراثة اللاجينية

امل ان يساعد!

مزيد من القراءة: http://www.whatisepigenetics.com/fundamentals/


بالمعنى الدقيق للكلمة ، المعززات وكواتم الصوت ليست في حد ذاتها تعديلات جينية. بدلاً من ذلك ، فهي عناصر وراثية تنظم بشكل مباشر التعبير الجيني من خلال تفاعلاتها مع البروتينات المختلفة.

التعديل اللاجيني هو تغيير كيميائي لقواعد الحمض النووي ، بشكل عام إما من خلال المثيلة أو الأستلة.

يمكن تغيير متواليات المحسن وكاتم الصوت ، وغالبًا ما يتم تغييرها جينيًا عن طريق إضافة أو إزالة هذه المجموعات الكيميائية. هذا ليس من غير المألوف على طول مسار التطور للعديد من الجينات ، التي يجب أن يتم تنظيم تعبيرها بشكل مختلف في مراحل مختلفة من التطور. يتم أيضًا تنظيم المعززات وكواتم الصوت بشكل جيني في أنواع مختلفة من الخلايا ، مما يمكّن الخلايا من استخدام نفس الجينات الموجودة في كل خلية للحفاظ على هويات مختلفة من نوع الخلية.

باختصار ، المعززات وكواتم الصوت هي عناصر تنظيمية وراثية ، لكنها غالبًا ما يتم تعديلها وراثيًا. امل ان يساعد.


إذن ، هناك مجموعات معينة من العلامات وجدناها ينزع لتمييز مناطق الحمض النووي التي من شأنها تعزيز / إسكات التعبير عن جينات المراسل عندما نلصقها بالبلازميدات ونقوم بإجراء تجارب جينية للمراسل. غالبًا ما يحدد الناس المناطق ويطلقون عليها اسم "المعززات" باستخدام هذه العلامات البيوكيميائية وحدها ، لكنها تقريبية. ليس هناك ما يضمن أن جميع هذه المناطق ستكون معززات / كاتمات صوت ، وبالتأكيد ليس هناك ما يضمن أن جميع المعززات / كاتمات الصوت تحمل العلامات.


يتم تعريف علم التخلق على أنه تغييرات وراثية في نشاط الجين والتعبير التي تحدث دون تغيير في تسلسل الحمض النووي (غير مشفر في التسلسل) ، ويتأثر بالتعديل الكيميائي للحمض النووي كما في حالة المثيلة. المعززات وكاتم الصوت عبارة عن تسلسلات من الحمض النووي ، مثل الجينات ، لكنها لا تشفر للبروتينات ، بل لها تأثيرات تنظيمية للجينات. يمكن ميثلة محسن / كاتم الصوت وبالتالي يمكن التحكم فيه جينيًا.


التفاعل بين إشارات الشق وكواتم الصوت فوق الجينية في السرطان

نظرًا لدورها في التطور والتجديد الذاتي للعديد من الأنسجة ، فليس من المستغرب أنه تم اقتراح دور بارز مؤخرًا لمسار نقل إشارة Notch في تطور الورم. ومع ذلك ، فإن الكيفية التي يعزز بها فرط النشاط المفرط من Notch عملية تكون الورم غير مفهومة تمامًا. النتائج الأخيرة في ذبابة الفاكهة سوداء البطن ربط مسار Notch بالإسكات اللاجيني والجين الكابت للورم ر أثناء تكوين الأورام. نظرًا لأن إسكات الجينات اللاجينية الشاذة يساهم في التسبب في معظم السرطانات البشرية ، فقد توفر هذه النتائج نقطة محورية جديدة لفهم كيفية ارتباط Notch بالسرطانات ، وللمساعدة في تطوير علاجات سرطان انتقائية أفضل. (الدقة السرطان 2006 66 (18): 8931-4)

  • التخلق السرطاني
  • مسار الشق
  • ذبابة الفاكهة
  • Rbf
  • فحص الجينات السرطانية
  • مثيلة الحمض النووي / علم التخلق
  • مسارات توصيل الإشارة
  • نماذج حيوانية من السرطان
  • Rb والأسرة
  • الطفرات

المواد والأساليب

مجموعات البيانات

تم تصميم أول نموذج SVM لدينا للتعرف على المعززات الموجودة في منطقة ENCODE التجريبية في خلايا هيلا غير المعالجة (25). تم إجراء ذلك من أجل مقارنة أداء ChromaGenSVM بالطرق المنشورة مسبقًا (PM و HMM و CSI-ANN) ، وكذلك لإثبات قابليتها للتطبيق على مكتبات شرائح ChIP. لهذا الغرض ، تم الإبلاغ عن ستة خرائط مميزة لتعديل الكروماتين رقاقة ChIP تم الإبلاغ عنها بواسطة Heintzman وآخرون . تم استخدام (25) ، سواء في خلايا هيلا غير المعالجة والمعالجة. وتشمل هذه هيستون H3 (H3) ، واستلة ليسين 9 و 14 من هيستون H3 (H3Ac) ، واستلة ليسين 5 و 8 و 12 و 16 من هيستون H4 (H4Ac) ، وميثيل أحادي ليسين 4 من هيستون H3 (H3K4Me1) ، ومثيل ثنائي ليسين 4 من هيستون H3 (H3K4Me2) وثلاثي مثيلة ليسين 4 من هيستون H3 (H3K4Me3).

من بيانات ENCODE الأصلية ، اشتقنا مجموعة فئة موجبة (تسمى E1) مع ملفات التعريف اللاجينية المتمركزة في المناطق البعيدة لـ TSS (≥ 2.5 كيلو بايت في المنبع والمصب من TSS) التي تم إثرائها في ربط p300. p300 هو منشط نسخي يعمل عن طريق الارتباط بمجالات تنشيط عامل النسخ لوضع هيستون أسيتيل ترانسفيرازز (HATs) بالقرب من نيوكليوسومات معينة في مناطق محفز الجينات المستهدفة (32) ووجد أنه يترجم إلى العديد من المعززات النشطة (25) ، ولكن ليس كلها. تشتمل مجموعة E1 على 74 قمة ثقة عالية ببعد TSS كما هو موضح في Heintzman وآخرون . (25) (الجدول التكميلي S1).

تم تنفيذ نموذج SVM ثانٍ للتنبؤ بالمعززات من 20 و 18 على مستوى الجينوم ChIP-seq مثيلة وخرائط acetylation تم إجراؤها في خلايا CD4 + T البشرية (33) (الجدول التكميلي S2). تم الجمع بين خرائط المثيلة والأسيتيل لبناء متنبئ مُحسِّن. تم إنشاء مجموعة من أمثلة الفئة الإيجابية (تسمى E2) بمناطق تم إثرائها أيضًا بربط p300 في خلايا CD4 + T ، كما وصفها Wang وآخرون . (33). تتضمن مجموعة البيانات E2 527 قمة TSS- القاصي p300 (الجدول التكميلي S3). تم اختيار مراكز الذروة من مناطق p300 تمتد أقل من 1 كيلو بايت.

لكل من طرازي SVM ، تم حساب الملامح اللاجينية لأمثلة الفئة الإيجابية بأحجام نوافذ مختلفة (1 ، 2.5 ، 5 ، 7.5 ، 10 ، 12.5 و 15 كيلو بايت). تم حساب متوسط ​​قراءات العلامة في صناديق 100 نقطة أساس و 200 نقطة أساس لكل حجم نافذة. تم إنشاء مجموعة بيانات الخلفية (مثال فئة سلبية) لكل نموذج SVM ، بحجم 10 أضعاف عدد قمم p300 في E1 و E2. تم توسيط ملفات تعريف الخلفية في مواضع صبغية عشوائية.

دعم آلات النواقل

تعد SVMs طريقة تعلم آلي قابلة للتطبيق على نطاق واسع على العديد من أنواع مشاكل التعرف على الأنماط. نظرًا لوجود مقدمة ممتازة لـ SVMs (34) ، سنصف هنا بإيجاز SVMs كما هو مطبق على حالتنا المحددة. في SVMs ، يتم تعيين متجهات الإدخال أولاً على مساحة ميزة واحدة (ربما ذات بعد أعلى) عن طريق وظيفة kernel. بعد ذلك ، يتم إنشاء الطائرة الفائقة للفصل بين الأمثلة الإيجابية والسلبية في مساحة الميزة هذه. ستتطور المتجهات منخفضة الأبعاد نسبيًا فقط في مساحة الإدخال والمنتجات النقطية في مساحة الميزة من خلال وظيفة التعيين. تم تصميم SVMs لتقليل المخاطر الهيكلية بينما تعتمد طرق التعلم الآلي الأخرى ، مثل الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN) ، على تقليل المخاطر التجريبية. لذلك ، فإن SVMs أقل عرضة لمشكلة الإفراط في التخصيص ، وبالتالي يمكنها عادةً التعامل مع عدد كبير من الميزات. هناك العديد من المعلمات المهمة في SVM ، بما في ذلك وظيفة kernel (ومعلماتها المحددة) ومعلمات التنظيم. لا يمكن تحديد وظيفة kernel ولا معلمات التنظيم من مشكلة التحسين ولكن يجب ضبطها يدويًا. يمكن القيام بذلك عن طريق تطبيق حدود Vapnik-Chervonenkis أو التحقق المتبادل أو مجموعة تحسين مستقلة أو التعلم البايزي (35). تم استخدام GA لأتمتة اختيار المعلمات المفرطة SVM المثلى من خلال التحقق المتقاطع. نظرًا لأن النيوكليوسومات يتم تخصيصها ديناميكيًا وتتأرجح مواقعها في نطاقات موضعية صغيرة ، فمن الممكن أن تتغير حالة الكروماتين في أماكن معينة (36). وبالتالي ، نحاول تحسين الكشف عن المظهر الجانبي / الذروة عن طريق إضافة مصطلح التحول إلى النواة الغاوسية. بهذه الطريقة ، تم حساب التشابه بين ملفات التعريف من خلال مقارنة ملفات التعريف في خطوات التحول المختلفة من 100 إلى 1000 نقطة أساس. تم تنفيذ SVMs باستخدام لغة برمجة Python وصندوق أدوات SHOGUN (37).

ChromaGenSVM

تم تدريب نماذج SVM أولاً على التعرف على ملفات تعريف تعديل هيستون المرتبطة بالمُحسِّنات المفترضة لمنطقة ENCODE في خلايا هيلا غير المعالجة ، ثم في خلايا CD4 + T. لكل مجموعة بيانات ، تم اختيار العلامات اللاجينية وأحجام الملفات الشخصية الأكثر تمييزًا باستخدام استراتيجية GA الموضحة في الشكل 1. GAs هي طرق تحسين عشوائية مستوحاة من مبادئ علم الأحياء التطوري ، وعلى هذا النحو تحكمها قواعد الانتقاء الطبيعي (38). الجانب الأكثر صلة بـ GAs هو قدرتها على البحث عن العديد من الحلول الممكنة في وقت واحد ، كل منها يستكشف مناطق مختلفة في مساحة المعلمة (39).

سير عمل ChromaGenSVM. يتم تدريب نماذج SVM المختلفة باستخدام علامات جينية مختلفة وأحجام نافذة ملف تعريف ومعلمات SVM التي تم إنشاؤها بواسطة قواعد GA. يتم تحديد أجهزة SVM الأمثل عن طريق التحقق المتقاطع بعد تشغيل 100 GA.


دور العلامات اللاجينية أثناء التطور

يعتبر مثيلة الحمض النووي بشكل عام تعديلًا قمعيًا ويرتبط بإسكات الجينات 8. إنه ضروري للنمو الطبيعي للثدييات ومطلوب في جميع الخلايا الجسدية (الشكل 1). في الفئران ، يؤدي فقدان ميثيل ترانسفيراز Dnmt1 إلى الموت الجنيني في اليوم E8.5-9 46 وعرض الأجنة الطافرة Dnmt1 فقط

ثلث المستويات الطبيعية لمثيلات الحمض النووي. تُظهر الأجنة الناقصة Dnmt1 أساسيات الأعضاء الرئيسية ، لكنها أصغر حجمًا ويبدو أن الجنين نفسه يتأخر في النمو 46. يبدو أن أجنة متحولة Dnmt3b تتطور بشكل طبيعي قبل E9.5 ، ولكنها تظهر عيوبًا تطورية متعددة في وقت لاحق ولا يتم استرداد أجنة قابلة للحياة. في المقابل ، يمكن للفئران التي تعاني من نقص Dnmt3a أن تتطور إلى أن تنضج ، ولكنها تُصاب بالركض وتموت حوالي شهر واحد بعد الولادة 61. باستخدام الأجسام المضادة ضد ميثيل سيتوزين بالإضافة إلى العديد من فحوصات مثيلة الحمض النووي الخاصة بالموضع ، فقد ثبت أن جينوم الأب قد تم إزالته بشكل نشط قبل قسم الانقسام الأول 41،52،64،73. الجينوم الأمومي ، الذي يُفترض أنه من خلال آلية سلبية ، يتم بعد ذلك نزع الميثيل منه 73. توجد عدة استثناءات لهذا النموذج المبسط ، بما في ذلك الجينات المطبوعة والعناصر المتكررة 43.

يتم إزالة الميثيل من جينوم الأب قبل أن يتم إزالة ميثيل أول انقسام خلوي للحمض النووي الملقح المشتق من الأم بعد عدة انقسامات الانقسام. تحدث مثيلة De novo في خلايا كتلة الخلية الداخلية (ICM) ، والتي تتمايز لاحقًا في الجنين. صيانة مثيلة الحمض النووي تحتفظ بأنماط المثيلة حيث تخضع الخلايا المتمايزة للانقسام.

مستويات مثيلة الحمض النووي منخفضة في جنين ما قبل الزرع 73 ومن غير المرجح أن تتغير بشكل ملحوظ في غياب Dnmt1. لذلك ليس من الواضح سبب قدرة الأجنة الطافرة Dnmt1 على بدء التطور والالتزام بتكوين الأعضاء قبل حوالي اليوم E8.5. يؤدي الحذف المشروط لـ Dnmt3a إلى طبع العيوب في السلالة الجرثومية وتقليد النمط الظاهري لطفرات Dnmt3L ، مما يشير إلى مشاركة كلاهما الانزيمات في العملية 42. تم مؤخرًا إظهار التفاعل المباشر بين كل من Dnmt3a و Dnmt3L 63. في هذا النموذج ، يوجه Dnmt3L مثيلة de novo إلى المواقع الجينية التي تفتقر إلى مثيلة H3K4 (me1 و me2 و me3). ومع ذلك ، فمن غير الواضح ما إذا كانت هذه الآلية قابلة للتطبيق خارج الخلايا الجرثومية. يؤدي فقدان أي من الوحدات الفرعية PRC2 إلى عيوب شديدة في المعدة ، مما يشير إلى دور أساسي في التطور الطبيعي 26،60،67. على غرار الفئران الطافرة PRC2 ، يؤدي فقدان مكونات PRC1 ، مثل Ring1b (Rnf2) ، إلى النمط الظاهري الجنيني القاتل المبكر 32. تعرض الفئران الفارغة Bmi-1 العديد من التشوهات المكونة للدم والعصبية. مجتمعة ، تحدد هذه البيانات بوضوح الدور الأساسي الذي تلعبه مثيلة الحمض النووي والعلامات اللاجينية بوساطة Polycomb في التطور الطبيعي.


فرط ميثيل الحمض النووي الشاذ

يشير مثيلة الحمض النووي إلى إضافة مجموعة ميثيل إلى موضع C5 لبقايا السيتوزين في ثنائي النوكليوتيدات CpG ، والتي يتم تحفيزها بواسطة عائلة من DNMTs. 16 يحتوي أكثر من نصف الجينات البشرية على ارتفاع ثنائي النوكليوتيدات CpG ، تسمى جزر CpG. يقع ما يقرب من نصف جزر CpG في مناطق المروج والمناطق الخارجية ، وجزر CpG المروجة في الغالب غير ميثلة. 17 في حين أن تنظيم مثيلة الحمض النووي ضروري لتطور الثدييات والتمايز والحفاظ الخلوي ، غالبًا ما يتم ملاحظة فرط الحمض النووي الشاذ أو نقص الميثيل في مناطق محفز الجينات في مختلف أنواع السرطان. 18 يؤدي فرط ميثيل الحمض النووي الشاذ إلى تعطيل الجينات الحاسمة المثبطة للورم (الشكل 1 ب) ، ويمكن أن يؤدي ارتباط ميثيل الحمض النووي إلى تنشيط الجينات المسرطنة (الشكل 2). 19 ، 20 مثيلة الحمض النووي لا ترتبط فقط بتطور المرض وتطوره ، ولكن يُقال أيضًا أنها علامة بيولوجية للكشف المبكر عن المرض. 2 في الكمبيوتر الشخصي ، يعتبر فرط ميثيل الحمض النووي هو التغيير الأكثر تميزًا بين جميع التعديلات اللاجينية ، 20 ويشارك في الجينات المرتبطة بإصلاح الحمض النووي ، ودورة الخلية ، وموت الخلايا المبرمج ، والتصاق الخلية. 21 لقد قمنا بإدراج الجينات التمثيلية المفرطة الميثيل في الكمبيوتر الشخصي (الجدول 1).

الجين موقع الكروموسومات وظيفة تردد Hypermethylation (٪) المرجعي
GSTP1 11q13 إصلاح الحمض النووي 36–100 24-29, 32-34
MGMT 10q26 إصلاح الحمض النووي 0–88 34-36, 38
CDKN2 9 ص 21 دورة الخلية 0–66 34, 39-41
RASSF1 3p21 دورة الخلية 53–96 34, 42, 44, 45
APC 5q22 قمع النمو 27–90 34, 47
رارو 17q21 قمع النمو 53–79 34, 38, 50
DCR1, DCR2 8p21 موت الخلايا المبرمج 60 52
XAF1 17 ص 13 موت الخلايا المبرمج 35 55-57
TMS1 16 ص 11 موت الخلايا المبرمج 64 58-61
CDH1 16q22 التصاق الخلية 33–70 64-66
CD44 11 ص 13 التصاق الخلية 32–78 34, 67-70

Hypermethylation لجينات إصلاح الحمض النووي

GST هي عائلة من الإنزيمات المسؤولة عن العمليات الهامة مثل إزالة السموم والتسمم لحماية الخلايا من مختلف أنواع الكائنات الحية الغريبة. 22 هناك خمس فئات رئيسية لضريبة السلع والخدمات: alpha و mu و pi و sigma و theta. 23 من بين هذه الفئات ، GSTP1 هو أول جين تم تحديده يكون مفرط الميثيل في أنسجة سرطان البروستاتا البشرية. 24 تم الإبلاغ عن عدد من النتائج المماثلة في الكمبيوتر الشخصي. GSTP1 يعتبر فرط الميثيل أكثر التغيرات اللاجينية شيوعًا في جهاز الكمبيوتر ، على الرغم من أنه نادرًا ما يتم العثور عليه في أنسجة البروستاتا الطبيعية أو عينات تضخم البروستاتا الحميد. 25 ، 26 علاوة على ذلك ، GSTP1 تم العثور على فرط الميثيل في جهاز الكمبيوتر ، وكذلك الورم داخل الظهارة البروستاتي. 27 GSTP1 يمكن استخدام فرط الميثيل في عينات البروستاتا كمؤشر حيوي جزيئي لتشخيص الورم الخبيث ، لأنه يتم الكشف عن فرط الميثيل على وجه التحديد في أورام البروستاتا داخل الظهارة وجهاز الكمبيوتر ، وليس في الأنسجة الطبيعية و BPH. 28 علاوة على ذلك ، ليس فقط الحمض النووي المعزول من أنسجة البروستاتا ، ولكن أيضًا الحمض النووي من سوائل الجسم لمرضى الكمبيوتر الشخصي ، مثل المصل والبول ، قد تم استخدامه لفحص المؤشرات الحيوية الجزيئية. 25 ، 29 وو وآخرون. أظهرت أن GSTP1 أظهر فرط الميثيل في البلازما أو المصل أو الحمض النووي للبول خصوصية أعلى لتشخيص PC من PSA في الدم. 30 بالإضافة إلى ذلك ، مثيلة GSTP1 و HOXD3 أظهرت عينات البول التي تم جمعها بعد فحص المستقيم الرقمي قيمة تنبؤية إيجابية لتحديد الكمبيوتر الشخصي المهم سريريًا. 31 يُقترح أن مقايسة مثيلة الحمض النووي غير الغازية باستخدام سوائل الجسم قد تكون مفيدة للكشف عن الكمبيوتر الشخصي بالاشتراك مع PSA في الدم وفحص المستقيم الرقمي. في الآونة الأخيرة ، تم تحديد استخدام الحمض النووي المتداول في البلازما ، وهو علامة تنبؤية جديدة للبقاء الكلي أو اختيار العلاج لمرضى CRPC. 32 ، 33

في وقت لاحق ، كانت هناك تقارير متفرقة عن فرط الميثيل من MGMT منطقة المروج. 34 ، 35 MGMT يزيل فقط أقواس ألكيل من موضع O6 للجوانين. 36 نقص MGMT ارتبط التعبير عن الأورام السرطانية في أنواع مختلفة من السرطان. 37 بالإضافة إلى ذلك ، فرط ميثيل MGMT تقلل منطقة المروج من تعبيرها وترتبط بالسرطان. 36 ومع ذلك ، هناك بعض التقارير التي تشير إلى أن مستويات المثيلة من MGMT المروج كانت منخفضة نسبيًا في جهاز الكمبيوتر. 35 ، 38 مزيد من التحقيقات للتحقق من هذه الحقائق.

Hypermethylation لجينات دورة الخلية

الجين الكابت للورم ، CDKN2A/ص 16، هو مثبط للكيناز المعتمد على السيكلين. CDKN2A غالبًا ما يتم تعطيله عن طريق الأحداث الوراثية والجينية الشاذة ، بما في ذلك فرط الميثيل المحفز في العديد من السرطانات. جوامع وآخرون. كانوا أول الباحثين الذين اكتشفوا هذا الشذوذ CDKN2 تم التعرف على فرط الميثيل في 60 ٪ من خطوط خلايا الكمبيوتر. 39 بعد هذا الاكتشاف ، أكدت عدة تقارير هذا فرط الميثيل الشاذ باستخدام عينات الكمبيوتر ، على الرغم من وجود بعض الاختلافات في النتائج التي توصلوا إليها. 40 ، 41

على الرغم من أن العديد من مؤثرات RAS تلعب أدوارًا رئيسية في مسارات تحويل الإشارات مثل البروتينات المسرطنة ، يُعرف RASSF1A باسم مثبط الورم. 42 RASSF1 يربط RAS بطريقة تعتمد على GTP ويتوسط تأثير موت الخلايا المبرمج لـ RAS المسرطنة. 43 RASSF1A يتم إسكاته بواسطة مثيلة منطقة المروج في العديد من السرطانات ، و Kuzmin وآخرون. حددت هذه المثيلة الشاذة أولاً في جهاز الكمبيوتر. 42 في وقت واحد تقريبًا ، ليو وآخرون. ذكرت أن RASSF1 كانت المنطقة المحفزة في أورام البروستاتا العدوانية أكثر تواترًا من زيادة الميثيل مقارنة بتلك الموجودة في الأورام الخبيثة الأقل. 44 علاوة على ذلك ، RASSF1A تم اكتشاف مثيلة الحمض النووي ليس فقط في الأنسجة ، ولكن أيضًا في سوائل الجسم ، مثل البول ، والتي يمكن استخدامها كمؤشر حيوي. 45

Hypermethylation لجينات كبت النمو

أبلغت العديد من الدراسات عن فرط الميثيل في جينات مثبطة للورم معروفة APC و رارو. APC يمنع مسار إشارات Wnt / الذي يلعب دورًا مهمًا في تكوين الأورام والتطور الجنيني والحفاظ على توازن الأنسجة. 46 APC تم وصف فرط الميثيل في العديد من الدراسات بالإضافة إلى المثيلة الشاذة في APC يقال إن منطقة المروج كانت مرتبطة بسوء التشخيص. 34 ، 47

RARs هي أعضاء في مستقبل الهرمون النووي. هناك ثلاثة نظائر مميزة لـ RARs: RARα و RARβ و RARγ. تشكل RARs مغايرًا متغايرًا مع مستقبلات الريتينويد X ، وتعمل كعوامل نسخية. يتم تعزيز هذه التأثيرات من خلال تحفيز الرتينويدات ومشتقات فيتامين أ. تلعب الريتينويد دورًا محوريًا في نمو الثدييات وتمايز الخلايا وقمع الورم. 48 ، 49 من بين RARs ، RARβ هو جين معروف لكبح الورم في العديد من أنواع الأورام. غالبًا ما يتم إسكات 50 RARβ عن طريق فرط الميثيل في منطقة المروج في جهاز الكمبيوتر. بالإضافة إلى APC، ضال رارو يقال إن مستويات المثيلة ترتبط بالسمات الإكلينيكية المرضية للتشخيص السيئ في جهاز الكمبيوتر. 38

Hypermethylation من الجينات المرتبطة بالاستماتة

يلعب موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج دورًا مهمًا في الحفاظ على التوازن الخلوي عن طريق هدم الخلايا غير الطبيعية أو التالفة أو غير المرغوب فيها.يساهم موت الخلايا المبرمج في تحقيق توازن منسق للغاية لنمو الخلايا وتكاثر الخلايا وموت الخلايا أثناء نمو الخلايا الطبيعية. قد يؤدي فشل مسار الاستماتة إلى الإصابة بأمراض بشرية ، بما في ذلك السرطان. تم وصف ملف تعريف المثيلة للجينات المرتبطة بمسار موت الخلايا المبرمج إلى حد كبير في سرطان الثدي والقولون والمعدة ، ومع ذلك ، يتوفر عدد قليل من بيانات ملف تعريف المثيلة فيما يتعلق بجهاز الكمبيوتر. 51 على الرغم من وجود مسارين رئيسيين في موت الخلايا المبرمج - المسار الداخلي والخارجي - DCR1, DCR2 و XIAP-XAF1 في المسار الجوهري ، و TMS1 في المسار الخارجي ، أهداف لفرط الميثيل المحفز في جهاز الكمبيوتر.

المثيلة الشاذة لـ DCR1 أو DCR2 يحدث بشكل متكرر في 60 ٪ من مرضى الكمبيوتر الشخصي ، وكان مرتبطًا بتحسن الإنذار. 52 XIAP هو عضو في عائلة IAP ، ولديه القدرة الأكثر فاعلية لتثبيط نشاط الكاسبيز وموت الخلايا. 53 ليستون وآخرون. أولاً عزل هذا البروتين ، وحدد أن XAF1 يرتبط بـ XIAP ويعادي وظيفته. 54 ومع ذلك ، فإن خسارة شافي التعبير عن طريق مثيلة المروج الشاذة يعزز وظيفة XIAP ويحرر مسار موت الخلايا المبرمج. XAF1 تم وصف فرط الميثيل في العديد من السرطانات ، 55 ، 56 ويقال إنه يحدث في 35 ٪ من أجهزة الكمبيوتر الأولية ، ولكن لم يحدث أبدًا في مرضى تضخم البروستاتا الحميد. 57

TMS1 يروج لموت الخلايا المبرمج المعتمد على caspase 8 ، وقد تم الإبلاغ عن أنه مفرط الميثيل بشكل شاذ في العديد من الأورام ، بما في ذلك PC. 59-61 داس وآخرون. أظهر أن هناك اختلافًا عرقيًا في TMS1 الملف الشخصي المثيلة بين السكان البيض والسود. على الرغم من أن تواتر TMS1 لم يكن فرط الميثيل مختلفًا بين PC و BPH في الأشخاص السود ، وكان التردد أعلى بثلاثة أضعاف تقريبًا في أجهزة الكمبيوتر مقارنة بـ BPH عند الأشخاص البيض. 58 تشير هذه البيانات إلى أن العرق قد يؤثر على التغيرات اللاجينية المرتبطة بتكوين الأورام.

فرط ميثيل جينات جزيء التصاق الخلية

CDH1 هو عضو رئيسي في عائلة Cadherin ، وهو أمر مهم لالتصاق الخلايا المعتمدة على الكالسيوم. يلعب CDH1 دورًا أساسيًا في الحفاظ على سلامة الظهارة الطبيعية. ذكرت بعض الدراسات أن قمع CDH1 يرتبط التعبير عن الإصابة بالسرطان بسبب خلل في التصاق الخلية. 62 يمكن أن يؤدي فقدان التكامل الظهاري الطبيعي إلى تطور الورم وتطوره. 63 غراف وآخرون. أظهر لأول مرة أن الخسارة CDH1 ينتج التعبير عن فرط ميثيل CDH1 منطقة المروج في خلايا الكمبيوتر. 64 في وقت لاحق ، أثبتت بعض التقارير أن الخسارة CDH1 التعبير ناتج عن فرط الميثيل المحفز ، وقد ترتبط حالة فرط الميثيل بتطور الورم وضعف البقاء على قيد الحياة بدون أمراض وضعف البقاء على قيد الحياة بشكل عام. 65 ، 66

CD44 هو بروتين سكري على سطح الخلية يشارك في هجرات الخلايا وتفاعلات الخلية والالتصاق الخلوي. إن وظيفة CD44 في السرطان مثيرة للجدل ، حيث لها وظيفة مزدوجة كقمع للورم ، بالإضافة إلى محفز لتطور الورم والورم الخبيث. 67 في الكمبيوتر الشخصي ، يُعتقد أن CD44 يقوم بقمع ورم خبيث في الورم ، وقمع CD44 يرتبط التعبير بتوقعات أسوأ ، 68 ، 69 مما يدعم أهمية CD44 فرط الميثيل وإسكات في تقدم الكمبيوتر. 70


تعديلات HISTONE كطريقة علاجية في أمراض الكلى السكرية

تحتوي الكلية البشرية على نظام عضوي داخلي معقد وتتكون من أنواع خلايا متنوعة للغاية ، بما في ذلك الخلايا الظهارية والخلايا اللحمية والبطانية. 42 يجب تجميع كل هذه في هياكل تشريحية ووظيفية منفصلة في المراحل الجنينية المبكرة. تنشأ الكلية البشرية من بنية جنينية تُعرف باسم metanephros ، وهي آخر الأعضاء المفرزة الثلاثة (الكبر ، والكلية المتوسطة ، والكلية الكبرى) لتتطور من الأديم المتوسط ​​حول اليوم الجنيني 10.5 ، أي اللحمة المتوسطة الكلوية (MM) وبرعم الحالب (UB). 43 عند دخول اللحمة المتوسطة للكلية ، تؤدي تفاعلات الخلايا بين UB واللحمة المتوسطة المجاورة إلى تجميع الكلية الوظيفية. في الوقت نفسه ، يحث UB تكثيف خلايا MM لتشكيل اللحمة المتوسطة الغطاء. تحتوي خلايا Cap MM على الأسلاف / الخلايا الجذعية للنيفرون التي تم تحديدها من خلال تعبيرها عن ستة 2. 43 في حين أن UB يؤدي إلى قنوات التجميع الكلوية ، فإن اللحمة المتوسطة للغطاء المكثف تؤدي إلى ظهور مجموعة من الخلايا الجذعية / السلفية التي تخضع لانتقال اللحمة الظهارية التي تنشأ من النيفرون. 43 في الأسبوع 34 من الحمل عند البشر ، تتوقف أسلاف النيفرون عن التكاثر ويتم تمييزها نهائيًا مع عدم وجود قدرة على تجديد / تكرار الخلايا ، وبالتالي لا يحدث تكوين نيفرون في الكلية البالغة ، مما يكمن وراء الطبيعة التي لا رجعة فيها لـ DN. 44 ترتبط تعديلات هيستون ارتباطًا وثيقًا بتمايز النيفرون. تتميز أسلاف النيفرون بعلامات نشطة وقمعية متساوية التخصيب (H3K4me3, H3K9me3، و H3K27me). 45

منذ أكثر من عقد من الزمان ، أظهر العمل الأساسي الذي قام به تاكاهاشي وياماناكا 46 أن التعبير خارج الرحم عن عوامل النسخ الرئيسية Oct4 و Sox2 و Klf4 و c-Myc (كوكتيل OSKM) يمكن أن يعيد برمجة الخلايا المتمايزة إلى تعدد القدرات. 46 تعدد القدرات المستحثة هي عملية تتميز بتغيرات تدريجية في المشهد اللاجيني. إن فهم كيفية تغيير عوامل إعادة البرمجة في الإيبيجينوم الخلوي لإعادة تعيين هوية الخلية يمثل هدفًا مهمًا لمجال الطب التجديدي. تعتمد إعادة البرمجة الناجحة للحث على تعدد القدرات إلى حد كبير على إعادة التشكيل الصادق للحالات اللاجينية للخلية لإسكات التعبير الجيني وتنشيط آلية النسخ المميزة للخلايا متعددة القدرات. التمايز العابر ، المعروف أيضًا باسم إعادة برمجة النسب ، هو عملية تتحول فيها خلية جسدية واحدة إلى خلية جسدية ناضجة أخرى تتجاوز حالة تعدد القدرات. تم مؤخرًا وصف عدد من استراتيجيات البرمجة الخاصة بالثدييات ، مثل Al-Hasani et al. أظهر 48 أن بروتين الصندوق المقترن (Pax) 4 بالإضافة إلى حمض am-aminobutyric يحولان خلايا ألفا البالغة (الجلوكاجون) في جزر البنكرياس إلى خلايا وظيفية منتجة للأنسولين تشبه β في الجسم الحي. 49 تم إثبات أن التعديل الوراثي فوق الجيني باستخدام مثبط نقل ميثيل الحمض النووي 5-aza-2’-deoxycitidine أو مثبط هيستون ديسيتيلاز (HDAC) trichostatin A يساهم بشكل مباشر في إعادة برمجة الخلايا غير العظمية إلى بانيات عظم وظيفية. تم أيضًا إعادة برمجة 50،51 خلية عضلية قلبية بشكل جيني باستخدام مجموعة من الأدوية اللاجينية. تمكنت 52 الخلايا الليفية من التحول إلى خلايا عضلية القلب باستخدام عوامل النسخ الخاصة بالقلب (Gata4 و Mef2c و Tbx5) وبروتينات إعادة التشكيل اللاجينى. 53-55 أظهرت العديد من التقارير الحديثة تمايز الخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات في مجموعات من خلايا سلف النيفرون ، وتحديداً خلايا الأديم المتوسط ​​المتوسط ​​واللحمة المتوسطة الكلوية باستخدام عوامل النسخ Osr1 و Pax2 و Lhx1. 56 مؤخرًا ، Hendry et al. قدم 57 أول دليل على إعادة البرمجة النصية المباشرة في الكلى ، حيث تمت إعادة برمجة الخلايا الظهارية الكلوية المشتقة من الأنابيب البشرية القريبة (HK2) إلى حالة جنينية غير مولدة من خلال التعبير القسري لستة عوامل: Six1 ، Six2 ، Osr1 ، Eya1 ، Hoxa11 و Snai2. تم تطوير نهج أكثر كفاءة مؤخرًا بواسطة Vanslambrouck et al. 58 باستخدام نظام ترانسبوزون PiggyBac مستحث جديد ، يؤوي ثلاثة عوامل لإعادة البرمجة (Six1 و Eya1 و Snai2) ، للحث على إعادة برمجة خلايا الكلى البالغة إلى خلايا تشبه سلف النيفرون التي تمتلك قدرة تمايز. دراسة أخرى قام بها Papadimou وآخرون. 59 حولت خلايا انسجة نخاع العظم البشري إلى خلايا شبيهة بالنبيبات الكلوية باستخدام مقتطفات خالية من الخلايا ، وتبين أنها تحسن وظائف الكلى في الفئران بعد إصابة الكلى. في الآونة الأخيرة ، وصفت مجموعة أخرى إعادة البرمجة الناجحة للفأر والخلايا الليفية البشرية في خلايا أنبوبية كلوية تشبه الخلايا الظهارية باستخدام أربعة عوامل نسخ: Emx2 و Hnf1b و Hnf4a و Pax8. 60 وقد تبين أن هذه الخلايا الظهارية الكلوية المستحثة تمتص الألبومين عن طريق الالتقام الخلوي. قد تشكل إدارة الخلايا الجذعية الوسيطة (MSC) أيضًا شكلًا مستقبليًا من العلاج لـ DN. في نموذج الستربتوزوتوسين (STZ) لمرض السكري ، أدت إدارة MSC إلى تحسين وظيفة الكلى في نموذج الفئران DN من النوع 1 بالإضافة إلى تلف خلايا podocyte. 61،62 تم تحديد العديد من العوامل الوراثية والتخلقية التي تنظم تشكل الكلى والتمايز والنضج من خلال عقود من التقدم في أمراض الكلى التنموية. على الرغم من أن عوامل النسخ كلوي المنشأ قد تمت دراستها على نطاق واسع ، إلا أن الآليات التي يقوم من خلالها معيد تشكيل الكروماتين بتعديل تنشيط أو قمع شبكات النسخ ليست مفهومة جيدًا. بالنظر إلى أن الكلية لديها قدرة تجديد محدودة ، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الاستقصاء لتوضيح أدوار عوامل الوراثة اللاجينية للكلى من أجل فهم أفضل لعملية تكوّن الكلية ، بالإضافة إلى التمايز الموجه أو إعادة البرمجة. أبلغت العديد من الدراسات أيضًا عن استخدام مثبطات HDAC في الجرذان والفئران المصابة بداء السكري ، مما يدل على أن لها فوائد حماية كلوية. في إحدى الدراسات ، أفاد الباحثون أن مثبط HDAC واسع الطيف trichostatin A خفف من تنظيم كل من الأكتين العضلي الملساء والفيبرونكتين ، وتقليل تنظيم E-cadherin. 63 في دراسة أخرى ، تم اختبار vorinostat في الفئران المصابة بداء السكري STZ ووجد أنه يقلل من تكاثر الخلايا الأنبوبية ، والتضخم الكبيبي ، والتضخم الكلوي. 64 فئة رئيسية أخرى من مثبطات HDAC ، فالبروات ، عند حقنها في الفئران المصابة بداء السكري STZ ، التليف الكلوي الموهن وإصابة الخلايا الأنبوبية. 65 توفر تقنية أورجانيويد الكلى جنبًا إلى جنب مع كريسبر / كاس 9 منصة تجريبية جديدة للدراسات الميكانيكية لوظيفة الجينات الكلوية على المستوى اللاجيني. ليو وآخرون. قام 66 بتكييف تقنية تحرير الجينات CRISPR / Cas9 لتحرير مثيلة الحمض النووي ، وربط تعديلات معينة بمرض الكلى المزمن. باختصار ، تلعب العوامل الوراثية وكذلك العوامل اللاجينية دورًا مهمًا في DN. 67-70


تعديل هيستون

يعد التعديل اللاحق للترجمة لبروتينات الهيستون آلية رئيسية للتنظيم اللاجيني للتعبير الجيني. التعديلات الرئيسية اللاحقة للترجمة المرتبطة بذيول هيستون هي المثيلة ، الأسيتيل ، الفسفرة ، الانتشار في كل مكان ، والسومويليشن. اعتمادًا على نوع التعديلات اللاحقة للنسخ ، وموقعها في الجينوم وأنماطها التوافقية ، ترتبط تعديلات هيستون بحالات الكروماتين النشطة أو القمعية. البروتينات التنظيمية التي تشارك في تعديل بروتينات هيستون التي تؤدي إلى حالة الكروماتين النشط والصامت هي مجموعة مجمعات البروتين من مجموعة trithorax (TrxG) ومجموعة polycomb (PcG) ، على التوالي 27. علاوة على ذلك ، حدد التحليل التوافقي والمقارن للملفات الشخصية العالمية لتعديلات هيستون ثلاث حالات كروماتين منفصلة: نشطة ، ومتوازنة ، وصامتة 45-48. على سبيل المثال ، ترتبط حالة مثيلة أحادية / ثنائي / ثلاثي في ​​بقايا ليسين 4 (K4me1 / me2 / me3) من هيستون 3 (H3) بالتعبير الجيني المتساهل. من ناحية أخرى ، يرتبط ثلاثي الميثيل في بقايا ليسين 9 و 27 (H3K9me3 و H3K27me) من بروتين H3 بالتعبير الجيني القمعي. علاوة على ذلك ، يشار إلى التوطين المشترك لـ H3K4me3 و H3K27me3 على معزز معين باسم "المجال الثنائي التكافؤ" أو "حالة الكروماتين ثنائية التكافؤ" التي ارتبطت بحالات الكروماتين المتوازنة في أنواع مختلفة من الخلايا 49. ينتشر تعديل H3K36me3 على طول جسم الجين المنسوخ بنشاط 50. تعتبر أستلة الهيستون ضرورية لوظيفة الكروماتين وترتبط بالتعبير الجيني النشط. يتم التحكم في أسيتيل ذيول الهيستون من خلال إنزيمين رئيسيين لهما وظيفة معاكسة ، وهما هيستون أسيتيل ترانسفيراز (HATs) التي تضيف مجموعة الأسيتيل على ذيول الهيستون و ديستيلاز هيستون (HDACs) التي تزيل مجموعة الأسيتيل من ذيول الهيستون. والجدير بالذكر أن العديد من الدراسات تشير إلى أن أستلة بقايا ليسين 27 من هيستون H3 مرتبطة بمجالات الكروماتين النشطة والنسخ المتساهل 51 ، 52. لذلك ، اعتمادًا على الموقع الجينومي ونوع التعديل اللاحق للترجمة ، تخدم تعديلات هيستون الوظائف الرئيسية في تنظيم الجينات أثناء تطوير وتمايز سلالات الخلايا 45 ، 46 ، 49 ، 52.


إعادة البرمجة اللاجينية للخلايا المناعية في الإصابة والإصلاح والحل

1 علم المناعة والتمثيل الغذائي ، معهد ليمز ، جامعة بون ، بون ، ألمانيا.

2 منصة للجينوميات أحادية الخلية وعلم الوراثة الوراثي في ​​المركز الألماني للأمراض العصبية التنكسية وجامعة بون ، ألمانيا.

3 علم الجينوم وتنظيم المناعة ، معهد ليمز ، جامعة بون ، بون ، ألمانيا.

مراسلات العنوان مع: Katarzyna Placek، Joachim L. Schultze، or Anna C. Aschenbrenner، LIMES Institut، Carl-Troll-Straße 31، 53115 Bonn، Germany. الهاتف: 49.228.73.62742 البريد الإلكتروني: [email protected] (KP). الهاتف: 49.228.73.62787 البريد الإلكتروني: [email protected] (JLS). الهاتف: 49.228.73.62792 البريد الإلكتروني: [email protected] (ACA).

ملاحظة التأليف: وساهمت جميع المؤلفين بالتساوي على هذا العمل.

1 علم المناعة والتمثيل الغذائي ، معهد ليمز ، جامعة بون ، بون ، ألمانيا.

2 منصة للجينوميات أحادية الخلية وعلم الوراثة الوراثي في ​​المركز الألماني للأمراض العصبية التنكسية وجامعة بون ، ألمانيا.

3 علم الجينوم وتنظيم المناعة ، معهد ليمز ، جامعة بون ، بون ، ألمانيا.

مراسلات العنوان مع: Katarzyna Placek، Joachim L. Schultze، or Anna C. Aschenbrenner، LIMES Institut، Carl-Troll-Straße 31، 53115 Bonn، Germany. الهاتف: 49.228.73.62742 البريد الإلكتروني: [email protected] (KP). الهاتف: 49.228.73.62787 البريد الإلكتروني: [email protected] (JLS). الهاتف: 49.228.73.62792 البريد الإلكتروني: [email protected] (ACA).

ملاحظة التأليف: وساهمت جميع المؤلفين بالتساوي على هذا العمل.

اعثر على مقالات بواسطة Schultze، J. في: JCI | PubMed | منحة جوجل

1 علم المناعة والتمثيل الغذائي ، معهد ليمز ، جامعة بون ، بون ، ألمانيا.

2 منصة للجينوميات أحادية الخلية وعلم الوراثة الوراثي في ​​المركز الألماني للأمراض العصبية التنكسية وجامعة بون ، ألمانيا.

3 علم الجينوم وتنظيم المناعة ، معهد ليمز ، جامعة بون ، بون ، ألمانيا.

مراسلات العنوان مع: Katarzyna Placek، Joachim L. Schultze، or Anna C. Aschenbrenner، LIMES Institut، Carl-Troll-Straße 31، 53115 Bonn، Germany. الهاتف: 49.228.73.62742 البريد الإلكتروني: [email protected] (KP). الهاتف: 49.228.73.62787 البريد الإلكتروني: [email protected] (JLS). الهاتف: 49.228.73.62792 البريد الإلكتروني: [email protected] (ACA).

ملاحظة التأليف: وساهمت جميع المؤلفين بالتساوي على هذا العمل.

اعثر على مقالات بواسطة Aschenbrenner، A. in: JCI | PubMed | الباحث العلمي من Google | />

الخلايا المناعية لها دور محوري في الاستجابة للإصابة ، وعندها ، في ظل الظروف المثالية ، تعمل مراحل الإصلاح والحل على استعادة التوازن بعد الالتهاب الحاد الأولي. يتطلب تنشيط الخلايا المناعية وإعادة البرمجة تغييرات نسخية لا يمكن أن تبدأ إلا في حالة حدوث تغييرات جينية. في الآونة الأخيرة ، أدى فك رموز الآليات اللاجينية المتسارع إلى توسيع المعرفة بالتنظيم اللاجيني ، بما في ذلك إعادة تشكيل الكروماتين لمسافات طويلة ، ومثيلة الحمض النووي ، وتعديلات هيستون بعد الترجمة ، ومشاركة RNAs الصغيرة والطويلة غير المشفرة. تم ربط التغيرات اللاجينية بجوانب تطور الخلايا المناعية وتنشيطها وتمايزها. علاوة على ذلك ، تم إنشاء مناظر طبيعية فوق جينية على مستوى الجينوم لبعض الخلايا المناعية ، بما في ذلك الخلايا الضامة المقيمة في الأنسجة ، والخلايا المشتقة من الدم بما في ذلك الخلايا التائية. أدت الآليات اللاجينية الكامنة وراء الخطوات التنموية من الخلايا الجذعية المكونة للدم إلى الخلايا المناعية المتمايزة تمامًا إلى تطوير تقنيات الوراثة اللاجينية ورؤى ثاقبة في القواعد العامة للتنظيم اللاجيني. بالمقارنة مع مجالات البحث الأكثر تقدمًا ، فإن إعادة البرمجة اللاجينية للخلايا المناعية في الإصابة لا تزال في مهدها. بينما تمت دراسة آليات الوراثة اللاجينية المبكرة التي تدعم تنشيط الاستجابة المناعية للإصابة ، لا يُعرف الكثير عن مراحل الاستبانة والإصلاح والتغيرات الخاصة بنوع الخلية. نستعرض النتائج الحديثة البارزة المتعلقة بإعادة البرمجة فوق الجينية بوساطة الإصابة ، لا سيما في السكتة الدماغية واحتشاء عضلة القلب. أخيرًا ، نوضح كيف ستكون تقنيات الخلية المفردة حاسمة لفهم إعادة البرمجة اللاجينية في العمليات المتسلسلة المعقدة بعد الإصابة.

من وجهة نظر شاملة ، فإن جهاز المناعة ليس فقط مسؤولاً عن التمييز بين الذات وغير الذات ، ولكنه يشارك بشكل حاسم في تنظيم العمليات الفسيولوجية في جميع أنحاء الجسم ، بما في ذلك إصلاح الأنسجة وحلها بعد الإصابة (1) ، وهو مصطلح يشمل الضرر الميكانيكي ، والتعرض ل السموم وتقلبات درجات الحرارة والإجهاد العاطفي وتغيرات جذرية في النظام الغذائي. مباشرة بعد الإصابة ، تشعر الخلايا المناعية بالاضطراب وتنقل الإشارات المحلية والجهازية إلى أجزاء أخرى من جهاز المناعة (على سبيل المثال ، عبر السيتوكينات) للحث على استجابات المستجيب المناسبة والمكيفة للإصابة. كخطوة أخيرة ، ينظم الجهاز المناعي ويراقب إصلاح التهديد وحلّه ، وبالتالي إعادة تثبيت الاستتباب (الشكل 1). غالبًا ما توصف هذه العمليات المتكاملة للغاية ، لا سيما خلال المراحل الحادة التي تعقب الإصابة ، على أنها التهاب ، ولكن إذا لم تكن نقطة النهاية هي الحل ، فإن الالتهاب المستمر يعزز حالات الالتهاب المزمن منخفض الدرجة أو التليف أو تكوين الخراج الذي يؤدي إلى الأمراض بدلاً من التوازن (2 - 5). تشير الصورة الناشئة إلى آليات تنظيم جينية سريعة كمنشطات حاسمة للخلايا المناعية المشاركة في الاستجابات المبكرة للإصابة (6 ، 7). ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن إعادة البرمجة اللاجينية للخلايا المناعية خلال المراحل اللاحقة ، خاصة أثناء الإصلاح والحل. هنا ، نركز على النتائج الحديثة المتعلقة بآليات الوراثة اللاجينية المشاركة في عمليات المناعة التنظيمية خلال المراحل اللاحقة من استجابة الإصابة.

تنشيط الخلايا المناعية خلال مراحل مختلفة من إصابة الأنسجة. تتعرف الخلايا المناعية المقيمة في الأنسجة ، وخاصة الخلايا T أو البلاعم المقيمة ، على الخلايا التالفة عند الإصابة ، على سبيل المثال ، عبر مستقبلات NKG2D أو TLRs ، على التوالي. تفرز الخلايا المقيمة في الأنسجة المنشطة عوامل قابلة للذوبان تجذب الخلايا المناعية الأخرى ، مثل السيتوكينات المنشطة للالتهابات (TNF-α أو IFN-γ أو IL-6 أو IL-1) جنبًا إلى جنب مع عوامل النمو (PDGF أو VEGF أو IGF-1) التي تحفز تكاثر الخلايا الظهارية. CXCL8 الذي تطلقه الخلايا المقيمة في الأنسجة استجابة لتنشيط TLR يجذب العدلات التي تدخل موقع الإصابة. تنتج العدلات جزيئات مضادات الميكروبات ، السيتوكينات ، وعوامل النمو مثل VEGF-A ، الذي يجند الخلايا الالتهابية الأخرى مثل الخلايا الأحادية ويحفز تكوين الأوعية وتكاثر خلايا الأنسجة. تقوم الخلايا البلعمية المُجندة بتنظيف بقايا الأنسجة التالفة عن طريق البلعمة وتفرز السيتوكينات المختلفة والبروتياز وعوامل النمو التي تعزز إصلاح الأنسجة.يكتسبون أولاً وظيفة مسببة للالتهاب [منشط كلاسيكي ، أو M (IFN-γ) ، الضامة] وعند إزالة العامل الممرض ، يمكن إعادة الاستقطاب نحو إصلاح الأنسجة المضادة للالتهاب [تنشط بدلاً من ذلك ، أو M (IL-4) ، الضامة] في وجود السيتوكينات التي تنتجها الخلايا التائية المناعية من النوع 2. تفرز البلاعم M (IL-4) أرجيناز عوامل النمو VEGF-A و PDGF و IGF والجزيئات الأخرى. في مرحلة الحل ، تقوم الخلايا التائية التنظيمية بقمع الاستجابة المناعية عن طريق إفراز IL-10 و TGF-. علاوة على ذلك ، يعمل الوسطاء المتخصصون المؤيدون للحل المشتق من الدهون على تعزيز وقف الالتهاب وحلّه وإصلاحه.

تمت صياغة "علم التخلق" لأول مرة في عام 1942 من قبل س. Waddington (8) ، ولكن في عام 2008 فقط في اجتماع Cold Spring Harbour اتفق المجتمع العلمي على التعريف: "السمة اللاجينية هي نمط ظاهري وراثي مستقر ناتج عن تغيرات في الكروموسوم دون تغييرات في تسلسل الحمض النووي" (9). اليوم ، آليات الوراثة اللاجينية مفهومة بشكل فضفاض ، وعادة ما تشير إلى مثيلة الحمض النووي ، وتعديلات هيستون ، و RNAs غير المشفر (ncRNAs) ، وإمكانية الوصول إلى الكروماتين وحلقاته.

يسمح هيكل الكروماتين (عند "الفتح") أو يمنع (عند "الإغلاق") ربط آلية النسخ بجزء من الحمض النووي ، وبالتالي تنشيط أو إسكات التعبير الجيني (الشكل 2 أ). لذلك يتم استخدام إمكانية الوصول إلى الكروماتين لتحديد العناصر التنظيمية للجينات مثل المعززات والمروجين وكواتم الصوت. يتم إثراء تعديلات مختلفة هيستون في هذه المواقع. بشكل عام ، تم العثور على أستيل هيستون في العناصر التنظيمية للجينات النشطة ، بينما تميز H3K27 ثلاثي الميثيل (H3K27me3) العناصر التنظيمية للجينات الصامتة (10). يُنظر إلى مثيلة H3K4 (H3K4me) على نطاق واسع على أنها علامة على نشاط النسخ ، ولكن اعتمادًا على الموقع والتحدث المتبادل مع التعديلات الوراثية الأخرى ، يمكن أيضًا تمييز الجينات غير المعبر عنها ، على سبيل المثال ، يشير وجود كل من H3K27me3 و H3K4me إلى العناصر التنظيمية للجينات التي لم يتم التعبير عنها ولكن يتم تحفيزها بسهولة عند التحفيز ، وبالتالي "تستعد" للتعبير (11 - 13). بينما يتم إثراء المروجين في H3K4me3 ، تحمل المعززات H3K4me1 (14). يمكن أن تؤثر تعديلات هيستون على ضغط الكروماتين أو تجنيد منظمات النسخ. تقنيات الجيل التالي القائمة على التسلسل مثل مقايسة فرط الحساسية DNase I متبوعة بالتسلسل (المراجع DNase-Seq. 15 ، 16) ، ومقايسة للكروماتين المرتبط بالترانسبوزيز باستخدام التسلسل (ATAC-Seq المرجع 17) ، و ChIP متبوعًا بالتسلسل ( ChIP-Seq ، المرجع 18) يتيح التحقيق في إمكانية الوصول إلى الكروماتين وتوزيع تعديل هيستون على مستوى الجينوم ومستوى الخلية المفردة. أثرت هذه التطورات التكنولوجية بشكل كبير على دراسات رسم الخرائط وفك رموز دور البروتينات المرتبطة بالحمض النووي ومناطق الحمض النووي التي يمكن الوصول إليها في العديد من أنواع الخلايا والأمراض.

الأحداث اللاجينية في الخلايا المناعية أثناء إصابة الأنسجة. (أ) الأنماط الممكنة للتنظيم اللاجيني لضبط وظيفة الخلايا المناعية. على اليسار ، يتم وصف آليات قمع النسخ مثل الكروماتين المغلق ، أو مثيلة الحمض النووي ، أو علامات هيستون القمعية ، أو تثبيط الحمض النووي الريبي غير المشفر الطويل (lncRNAs). على اليمين ، يتم تصوير موضع به نسخ نشط ، بما في ذلك فقدان مثيلة الحمض النووي ، وهيكل كروماتين مفتوح بما في ذلك تسلسل محسن ومحفز يمكن الوصول إليه ، وتفعيل تعديلات هيستون ، وتفعيل عوامل النسخ. يتم عرض علامات هيستون المختلفة كنقاط ملونة. (ب) أثناء تنشيط الخلايا المناعية ، يؤدي التنظيم اللاجيني إلى تنشيط الجينات الصامتة السابقة ، بينما يتم إيقاف تشغيل بعض جينات التماثل الساكن. تمت معالجة الأحداث اللاجينية أثناء الاستتباب وتنشيط الخلايا المناعية بشكل تجريبي ، بينما لا يزال توضيح هذه العمليات أثناء الإصلاح والحل بحاجة إلى حل.

جاء الدليل الأولي على أن المنبهات الخارجية تؤثر على كروماتين الخلية المناعية من دراسات تنشيط الخلايا التائية (19 ، 20) ، وكشفت عن الكروماتين المضغوط للغاية في الخلايا الليمفاوية التائية الساذجة المصاحبة لتعبيرها الجيني منخفض المستوى. يؤدي لقاء الأنتيجين إلى زيادة الحجم النووي ، وتجنيد مجمعات إعادة تشكيل الكروماتين في الحمض النووي ، وظهور كروماتين فضفاض ، وتنشيط آلاف الجينات ، بما في ذلك IL2 (19-21). ترافق أنماط تعديل الهيستون المتغيرة باستمرار عمليات تنشيط الخلايا المناعية المختلفة. تكتسب الجينات المستحثة أثناء الانتقال من الخلايا البائية الساذجة إلى خلايا المركز الجرثومية تنشيط علامات هيستون مثل H3K4me و H3ac ، بينما تفقد المواقع الصامتة هذه العلامات (22). وبالمثل ، يتم زيادة H3K4me واستيل هيستون في الخلايا التائية المستجيبة والذاكرة في المواقع المرتبطة بالجينات المستحثة عند تنشيط خلايا CD8 + (23-26) و CD4 + T الساذجة (27). على العكس من ذلك ، تفقد الجينات التي يتم تنظيمها في خلايا CD8 + T المستجيبة علامات هيستون النشطة وتكتسب H3K27me3 القمعي في المواقع المجاورة (25 ، 26 ، 28). يتسبب تنشيط الخلايا المناعية الساذج أيضًا في حدوث تغييرات في إمكانية الوصول إلى الكروماتين ترتبط إلى حد كبير بالتغيرات في التعبير الجيني (29 - 36). ومع ذلك ، توجد استثناءات ، متمثلة في فصل و Prf1، والتي تكون محفزة بشكل كبير عند تنشيط خلايا CD8 + T ولكنها لا تظهر أي تغييرات كبيرة في إمكانية الوصول إلى الكروماتين في المواقع المجاورة (35). يتطلب تقييم وظيفة منطقة الكروماتين المفتوحة فحص النظرة الجماعية لعوامل النسخ المرتبطة بالمنطقة والتفاعلات بعيدة المدى. في تريجس ، على سبيل المثال ، Foxp3 يتسبب الحث الجيني في ظهور عدد قليل جدًا من معززات de novo ، لكن Foxp3 يرتبط بالمواقع المفتوحة الموجودة مسبقًا في خلايا Foxp3 - CD4 + T ، مما يدل على أهمية استخدام المحسن بواسطة عوامل النسخ (37). يؤدي تحفيز LPS للبلاعم إلى برنامج تحمّل يعمل على إسكات الجينات المسببة للالتهابات ، بما في ذلك IL6. ومع ذلك ، مثل الجينات المضادة للميكروبات CNLP تظل محفزة (38). تحدد إمكانية الوصول إلى الكروماتين المميز وأنماط تعديل الهيستون على كلا الفئتين من الجينات استعدادها لإعادة التعبير عنها. تسبق مشاركة TLR4 ظهور قمم H3K4me1 و H3K4me2 و H3K27ac في معززات de novo (أو الكامنة) التي يتم الحفاظ عليها وتمكين التعبير المحسن عن الجينات المستهدفة عند التحفيز الثانوي (39-41). ومن المثير للاهتمام أن بيئة الأنسجة تشكل أيضًا توقيع كروماتين معين في الخلايا الضامة المقيمة في الأنسجة (42).

يمكن أن توجد العناصر التنظيمية بعيدًا عن موقع بدء النسخ الجيني ويجب إحضارها بالقرب من محفز الجينات عن طريق حلقات الكروماتين للتأثير على التعبير الجيني. يُعتقد أن التفاعل بين العناصر التنظيمية يسهل توظيف آلية النسخ ، وبالتالي فإن حلقات الكروماتين هي آلية جينية أخرى تنظم التعبير الجيني (43). والمثال الكلاسيكي على مثل هذا التنظيم داخل جهاز المناعة هو إعادة تركيب جينات ترميز مستقبلات المستضد (44). علاوة على ذلك ، تنظم حلقات الكروماتين التعبير عن السيتوكينات المختلفة في الخلايا التائية المنشطة ، على سبيل المثال ، موضع السيتوكين من النوع 2 الذي يشتمل على Il4, Il5، و Il13 (45 ، 46) ، وكذلك Ifng ( 32 ), تنفع (47) و Il21 (48). وبالمثل ، فإن تحفيز LPS للبلاعم يستحث حلقات DNA عند IL1/IL36/IL37 مجموعة الجينات (49) أو osteopontin (Spp1) مكان (50). كشفت الدراسات الأحدث على مستوى الجينوم لتشكل الكروماتين في الخلايا المكونة للدم عن تواقيع تفاعلية خاصة بنوع الخلية (51-53) ومن ثم العمليات بما في ذلك تمايز وحيدات تجاه الضامة (54) ، وتنشيط الخلايا البائية (29 ، 55) ، وتطور الخلايا التائية (56) ) والتمايز (57) مصحوب بإعادة تنظيم حلقات الكروماتين على مستوى الجينوم. لا يزال الكثير غير معروف حول ديناميكيات تفاعل الكروماتين في العمليات البيولوجية المختلفة ، بما في ذلك الإصابة. تظهر تقنيات جديدة لمعالجة هذه الأسئلة ، بما في ذلك التقاط التشكل الكروموسوم عالي الإنتاجية (HiC المرجع. 58) ، الجيل التالي من Capture-C (NG Capture-C المرجع 59) ، تحليل تفاعل الكروماتين عن طريق تسلسل العلامات المزدوجة (ChIA) -PET المرجع 60) ، وطريقة تشكيل الكروماتين المتمحور حول البروتين (Hi-ChIP المرجع. 61) ، والتحليل بوساطة transposase لحلقات الكروماتين (Trac-looping المرجع 62).

مثيلة الحمض النووي (وجود 5-ميثيل سيتوزين [5mC]) ، والذي يؤثر في الفقاريات بشكل أساسي على مواقع CpG المتناظرة ، يمكن أيضًا تغيير نسخ الجين ، على سبيل المثال ، من خلال التأثير على ارتباط عوامل النسخ الحساسة للميثيل (63 ، 64). من المقبول على نطاق واسع أن مثيلة الحمض النووي هي علامة قمعية ، ومع ذلك لا يزال دورها غير مفهوم تمامًا. اعتمادًا على موقعه داخل الجينوم والتوزيع الخاص بالأنسجة والسياق الخلوي ، فإنه يتوسط في قمع النسخ ولكن تم ربطه أيضًا بتنشيط الجينات (65). على سبيل المثال ، المعززات "غير النمطية" المخصبة في 5mC و H3K4me3 ولكن تم العثور على النسخ الدافع في خلايا السلالة الجرثومية (66). وبالمثل ، لا يحفز الارتباط بالميثيل العالمي التنشيط على مستوى الجينوم للنسخة في الخلايا الجرثومية البدائية (67). يمكن أن يحدث مثيلة الحمض النووي أيضًا في سياق غير CpG (5mCH ، حيث يمثل H A أو C أو T) في جميع الأنسجة البشرية تقريبًا (68-70). 5mCH موجود في مستويات عالية عالميًا في الخلايا التائية الساذجة (71) ، ومع ذلك فإن وظيفتها غير معروفة إلى حد كبير. لعقود من الزمان ، اعتبرت مثيلة الحمض النووي تعديلًا مستقرًا للغاية. مع اكتشاف الانتقال من عشرة إلى أحد عشر (تيت) dioxygenases DNA ، التي تزيل مجموعات الميثيل بشكل فعال من مواقع CpG عن طريق تحويل 5mC إلى 5-hydroxymethylcytosine (72) بالإضافة إلى 5-formylcytosine و 5-carboxycytosine (73 ، 74) ، والتطور الأخير لتقنيات الجيل التالي القائمة على التسلسل السماح بإجراء دراسات على مستوى الجينوم لمثيلات الحمض النووي على مستوى الخلية الواحدة ، فقد ظهر أن بصمة مثيلة الحمض النووي قابلة للانعكاس وديناميكية (75). إن الدور المهم لمثيلة الحمض النووي في تطوير الخلايا المناعية وتنشيطها (76) يجعلها هدفًا علاجيًا محتملاً لعلاج الأمراض التي يسببها الالتهاب. يؤدي حذف أو تثبيط ترانسفيرازات ميثيل الحمض النووي (DNMTs) باستخدام 5-aza-2′-deoxycytidine إلى تقليل الالتهاب في نماذج تصلب الشرايين والسمنة (77 - 79). يستهدف DNMT3B مروج PPARG، وهو عامل نسخ رئيسي للتنشيط البديل للبلاعم ، مما يؤدي إلى PPARG قمع وبالتالي حالة خلوية للالتهابات (79). وبالمثل ، يؤدي نقص TET إلى زيادة تعبير IL-6 و IL-1B في الضامة المنشطة ، مما يؤدي إلى ضعف دقة الالتهاب (80-83) ، مما يشير إلى دور مثيلة الحمض النووي في تنشيط البلاعم. يتضمن الانتقال من الخلايا B و T الساذجة إلى خلايا المستجيب والذاكرة أيضًا مثيلة الحمض النووي حيث تفقد المواقع المسؤولة عن وظائف المستجيب هذه العلامة تدريجياً (84 - 88). علاوة على ذلك ، في الخلايا γδT ، حالة مثيلة الحمض النووي لـ Ifng يتحكم الموضع في القدرة على إنتاج كميات كبيرة من IFN-(89) ، بينما في Tregs ، يلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على هوية الخلية من خلال تنظيم تعبير Foxp3 الضروري لتطوير ووظيفة Treg (90).

تنتمي ncRNAs إلى قائمة متزايدة من منظمات الجينات المعترف بها حديثًا. لا تُترجم هذه الحمض النووي الريبي التنظيمي إلى بروتينات ، وتتراوح في الحجم ، ويتم نسخها من مواقع جينومية مختلفة ، ولديها مجموعة متنوعة من الوظائف. بناءً على هذه الخصائص ، يتم فصلهم إلى فئات مختلفة (91 ، 92). إن أفضل فئة تميزًا من الرنا المرسال هي الرنا الميكروي القصير (& lt200 bp) الذي يعمل على إسكات التعبير الجيني إما عن طريق إحداث تدهور في الرنا المرسال المستهدف أو منع ترجمته (93-95). يمكن للحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر (lncRNA & gt200 bp) أيضًا إسكات التعبير الجيني على مستوى النسخ من خلال التأثير على بنية الكروماتين (92). يتم تحقيق ذلك عن طريق توجيه مثيلة de novo DNA (96) أو أنماط تعديل هيستون (97) ، أو التوسط في حلقات الكروماتين (98).

تمايز الخلايا المناعية وتنشيطها مصحوبان بتغييرات هائلة في تعبير ncRNA (99-101) ، على سبيل المثال ، تحفيز TLR2 للبلاعم يحفز الجينات الطويلة بين الجينات lincRNA-Cox2 ، والتي تنظم تعبير IL-6 و CCL5 (102) ، أو يقلل من تنظيم linc1992 (أو THRIL) ، والذي يؤثر على تعبير TNF-α (103). يحفز تحفيز TLR4 مستويات عالية من lnc-IL7R ، الذي ينشط جزيئات التصاق الخلايا البطانية VCAM-1 و E-selectin عن طريق تقليل علامات المروج H3K27me3 القمعية (104). يتفاعل NeST ncRNA مع الوحدة الفرعية WDR5 لمجمعات methylating هيستون H3K4 ويحفز تعبير IFN-γ عن طريق تعديل الكروماتين في موضع جين IFN-γ في خلايا CD8 + T (105). في خلايا CD4 + T ، يعد lincR-Ccr-5′AS مهمًا لهجرة خلايا Th2 إلى الرئة (100). على الرغم من وفرة ncRNAs ، إلا أن دورها خلال الاستجابات المناعية بدأ للتو في الفهم.

بمجرد الحصول عليها ، تستمر التغييرات اللاجينية في جميع أنحاء انقسامات الخلية ، مما يتيح الحفاظ على هوية الخلية (106). ومع ذلك ، فإن الاستجابة للإشارات البيئية وقابلية عكس المناظر الطبيعية اللاجينية تسمح بالمرونة في برامج النسخ للخلايا المتمايزة بالفعل. تضع هذه الميزات الآليات اللاجينية كأدوات جزيئية مثالية للتحكم في نشاط الخلايا المناعية ، والتي يجب أن تظل متخصصة في الوظيفة ولكنها قادرة على ضبط الاستجابة وفقًا للتعرضات البيئية المختلفة. ليس من المستغرب أن التغييرات على مستوى الجينوم في مثيلة الحمض النووي ، وتعديلات هيستون ، وإمكانية الوصول إلى الكروماتين ، وتعبير ncRNA ، وتفاعلات الكروماتين طويلة المدى تصاحب تطور الخلايا المناعية في جميع أنحاء تكوين الدم (56 ، 107 ، 108) وكذلك التنشيط. في حين أن دور علم التخلق أثناء التطور والتمايز والتفعيل مقبول جيدًا (الشكل 2 ب) ، لا يُعرف الكثير فيما يتعلق بمرحلة حل وإصلاح الاستجابات المناعية ، والتي سنسلط الضوء على بعض النتائج الحديثة في خلايا المناعة الفطرية والتكيفية الأنظمة.

ينتج عن إصابة الأنسجة التي يستشعرها الجهاز المناعي عمل متضافر لخلايا مناعية مختلفة. الخلايا المناعية المقيمة في الأنسجة هي أول المستجيبين للإهانة ، حيث تحفز الإشارات الالتهابية لجذب المزيد من الخلايا المناعية المنتشرة ، مثل الخلايا الوحيدة والعدلات. عندما يتم إزالة الإهانة ، يجب مواجهة الالتهاب ، والقضاء على الخلايا المسببة للالتهابات ، وإلغاء المزيد من تجنيد الكريات البيض ، ودعم آليات إصلاح الأنسجة - الإجراءات التي يتم تسهيلها بواسطة وسطاء متخصصين مؤيدين للحل (SPMs) تعمل على الخلايا المناعية والأنسجة المحيطة لاستعادة التوازن (109) ). يؤدي فشل حل الضرر والتفاعل الالتهابي الحاد المرتبط به إلى تكوين خراج أو تليف أو التهاب مزمن منخفض الدرجة وبالتالي مزيد من تلف الأنسجة (110). لا تقوم البلاعم فقط ببدء ردود الفعل المناعية استجابة للإصابة ، ولكن لها نفس الأهمية في حلها ، على سبيل المثال ، عن طريق إنتاج مضادات الالتهاب SPMs (111). في حين أن المناظر الطبيعية اللاجينومية للخلايا المناعية المختلفة والمجموعات الفرعية في ظل الاستتباب وتغيراتها بعد التنشيط تمت دراستها جيدًا ، فإن المحددات الجزيئية لمرحلة التراجع المؤدية إلى الحل والإصلاح أقل استكشافًا. نظرًا لأن الخلايا الضامة المقيمة في الأنسجة تؤثر بشكل حاسم على التوازن المحلي (112 ، 113) ، فإن الإشارات الموجودة في بيئتها المكروية ، مثل المستقلبات ، والإشارات الميكانيكية ، والأجسام الأبوطوزية ، والسيتوكينات ، تعد برامج نسخية وجينية متميزة في الأنسجة المختلفة ، وبالتالي نقل استجابات محددة للخطر الإشارات (42 ، 113-116). على سبيل المثال ، تعمل البيئة الغنية بكلوريد الصوديوم على تغيير H3K4me3 في مواقع متعددة في الضامة ، مما يعزز النمط الظاهري للالتهاب من خلال تسهيل زيادة إطلاق NO عند تحفيز LPS (117) ، وكذلك انخفاض النمط الظاهري المضاد للالتهاب من خلال إسكات Il4 و Il13 loci (118) - تأخير إصلاح الجرح بشكل جماعي في ظل ظروف عالية الملح.

السكتة الدماغية هي أحد الأمثلة على إصابة الأنسجة التي تم بالفعل معالجة تأثير التنظيم اللاجيني لها (119). ترتبط التغيرات العالمية الديناميكية في مثيلة الحمض النووي بتطور تصلب الشرايين (120) ونتائج السكتة الدماغية (121). وبشكل أكثر تحديدًا ، ربطت الدراسات حدوث السكتة الدماغية أو نتائجها بتنظيم الجينات المشاركة في تكتل الصفائح الدموية (حركة المرور, PPM1A المراجع. 122 ، 123) التصاق الخلية وبالتالي تجنيد الكريات البيض أثناء الالتهاب الحاد (LINE-1 المرجع. 124) وتحريض تكوين الأوعية أثناء الإصلاح (THBS1 المراجع. 125-128). ومع ذلك ، تشير التقارير المتناقضة المتعلقة بتأثير مثيلة الحمض النووي في أنواع فرعية مختلفة من السكتات الدماغية إلى الحاجة إلى مزيد من التحليل المتعمق للإعدادات المرضية المختلفة ، وتمييز التغيرات اللاجينية على مستوى الجين ، والأهم من ذلك ، دراسة التعديلات الخاصة بنوع الخلية (119) . نظرًا لانخفاض أستلة هيستون H3 بشكل كبير عند السكتة الدماغية الإقفارية ، وجدت العديد من الدراسات أن تثبيط نزع أسيتيل الهيستون كان مفيدًا لنتائج السكتة الدماغية: فقد أدى إلى تثبيط تنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة ، واستحثاث البروتينات الوقائية العصبية (على سبيل المثال ، IGF-1 أو Hsp70) ، وفضل الانتعاش الوظيفي (تمت مراجعته في المرجع 119). على الرغم من أنها مشجعة ، إلا أن المعرفة التفصيلية المتعلقة بتأثير مثبطات هيستون ديستيلاز (HDAC) المختلفة على أعضاء مختلفين من عائلة HDAC وتأثيراتها المحددة في أنواع الخلايا المختلفة تظل غير مكتملة.

وبالمثل ، تمت معالجة حالة مثيلة الهيستون وتنظيم النسخ عن طريق إنتاج ميرنا التفاضلي في سياق السكتة الدماغية. في حين تم وصف بعض العلامات اللاجينية المتغيرة بشكل عام ، لم تتناول الدراسات بعد الخلايا المناعية على وجه الخصوص ، حيث تظل الأوصاف على مستوى الأنسجة (119). النتائج الأخيرة من مجال ميرنا تعالج هذه المشكلة ، على سبيل المثال ، miR-155 و miR-210 تحفز التوقيع المسبّب للالتهاب في الخلايا الدبقية الصغيرة (129) ، وأثبت أنتيغومير miR-155 أنه محمي للأعصاب عن طريق تقليل الالتهاب وحجم الاحتشاء في نموذج الفأر للسكتة الدماغية ( 130). على العكس من ذلك ، فإن miR-let-7a يقلل من تنظيم IL-6 و iNOS المسبّب للالتهاب وينظم العوامل المشاركة في مواجهة الالتهاب ودعم القرار ، على سبيل المثال ، IL-4 ، IL-10 ، وعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) (131). في الواقع ، تم تحديد العديد من الجزيئات المجهرية على أنها تنظم برامج النسخ خلال المراحل المختلفة من الالتهاب الحاد ، والتحليل ، والإصلاح عند الإصابة (132).

بصرف النظر عن الإهانة الإقفارية في السكتة الدماغية ، تمت معالجة التنظيم اللاجيني للخلايا المناعية خلال الإصابة في عدة أوضاع أخرى: تم اقتراح زيادة عالمية في تعبير DNMT1 ومثيل الحمض النووي في PBMCs كواسم حيوي لفحص الأفراد المعرضين لخطر الإصابة بمرض الزهايمر (133) . أثناء التهاب الرئة ، يتسبب الكارديوليبين في نزع الأسيتيل بوساطة HDAC3 من Il10 المروج ، وبالتالي تثبيط القرار (134). لوحظ دور مماثل في تصلب الشرايين ، حيث يتم تنظيم HDAC3 في البلاعم من آفات تصلب الشرايين الممزقة والمرتبطة بالضعم الالتهابي (135). تحليل خاص بالنخاع العظمي Hdac3كشفت الفئران المنكوبة عن ديستيلاز هذا كمنظم إيجابي للالتهاب الشرياني: أظهرت الفئران الناقصة استقرار اللويحات الناتج عن انخفاض تراكم الدهون وزيادة التليف عبر TGF-في نموذج تصلب الشرايين (135). يتم تعزيز حل التهاب المفاصل من خلال تفاعل HDAC2 مع Tet2 ، مما يؤدي إلى نزع الأسيتيل وبالتالي قمع Il6 موضع (82).ثبت أيضًا أن تثبيط HDAC3 مفيد في إصابة الحبل الشوكي (136).

قد يشكل الاستهداف العام لمثيلات الحمض النووي أو أسيتيل الهيستون خطرًا للتأثيرات الضارة بسبب التعديل الجهازي لوظيفة الخلايا المناعية والتأثيرات على أنواع الخلايا الأخرى. يبدو أن استهداف miRNAs التي تنظم مجموعة فرعية أضيق من الجينات هو نهج أكثر إيجازًا ، على الرغم من أن الخصائص الحركية الدوائية لمنبهات miRNA لا تزال تمثل تحديًا ويتم تناولها حاليًا. بشكل جماعي ، تعتبر التوضيحات المكانية والزمانية الخاصة بنوع الخلية للعمليات الجزيئية ومحددات الشلال الالتهابي عند الإصابة ضرورية لتطوير علاجات جديدة ، لا سيما عند استهداف الآليات اللاجينية.

التعديلات اللاجينية في الضامة تظل على وشك الانهيار. تُظهر تغييراتهم في سياق تطور الجنين وتأثير البيئة في ظل الاستتباب اللدونة الكافية (112 ، 113). على عكس التحفيز الأحادي التكافؤ البسيط في المختبر ، فإن التحدي المستقبلي سيكون دمج تأثيرات التعرض المتزامن لجميع الإشارات الموجودة في الأنسجة (114). سيكون استكشاف السمات المكانية والزمانية لآليات الوراثة اللاجينية الخاصة بنوع الخلية أثناء الإصابة ضروريًا لتوضيح الآليات التنظيمية في أنواع الخلايا المعنية. على الرغم من أن هذا يمثل تحديًا تقنيًا ، فإن التقدم السريع المستمر في التقنيات اللاجينومية سيمكن هذه الأنواع من الدراسات قريبًا.

يتضمن حل التفاعل الالتهابي الحاد عند الإصابة عددًا كبيرًا من الوسائط القابلة للذوبان داخل البيئة الدقيقة للأنسجة المصابة بالإضافة إلى العديد من أنواع الخلايا المختلفة التي تحدد قدرتها على الاستجابة لهذه الوسطاء النتيجة. سيكون فك رموز طبقات التنظيم اللاجيني الذي يعمل على المستقبلات المتجاوبة وتسلسل الإشارات والمؤثرات أمرًا ذا قيمة لتحديد العلاجات المعززة للإصلاح.

منذ أن أصبحت طرق تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية (scRNA-Seq) متاحة ، أصبح توضيح عدم التجانس داخل مجموعات الخلايا المناعية المختلفة المقيمة في الأنسجة مجالًا حيويًا للتحقيق. يعد فهم الآليات التي تلعب دورًا أثناء الإصابة ، وتوثيق الخلايا المناعية المختلفة الموجودة ، والتمييز بين المجموعات الفرعية (على سبيل المثال ، الخلايا النخاعية المقيمة مقابل الخلايا النخاعية المتسللة) أمرًا محوريًا. والجدير بالذكر أن التغييرات في البيئة المكروية للأنسجة أثناء الإصابة تنوع مجموعات الخلايا المناعية الموجودة: قد تكتسب الخلايا المتسللة علامات للخلايا المقيمة في الأنسجة ، وستكون المعرفة التفصيلية لمجموعات الخلايا المناعية الموجودة أثناء التوازن والإصابة ضرورية لمعالجة التغييرات المستمرة أثناء هذه العملية المرضية . يعد التقسيم الطبقي المناسب ضروريًا لمعالجة المساهمات المختلفة للمجموعات السكانية الفرعية المختلفة للإصابة ، خاصة فيما يتعلق بإصلاح الأنسجة ، وكذلك لدراسة الآليات الجزيئية الأساسية مثل التعديلات اللاجينية.

على الرغم من أنه لا يُفهم الكثير عن دور الآليات اللاجينية داخل الخلايا الليمفاوية خلال المراحل اللاحقة من الإصابة ، لا سيما مرحلتي الإصلاح والحل ، إلا أن دور الخلايا الليمفاوية أثناء التئام الجروح يحظى بتقدير جيد (137 ، 138). من الواضح أن الخلايا التائية موجودة في مواقع الإصابة (139 - 141) ، واعتمادًا على مجموعات الأنسجة والخلايا التائية الفرعية ، يمكن أن يكون لها تأثيرات إيجابية أو سلبية على تجديد الأنسجة. بشكل عام ، تؤثر الخلايا T ، والخلايا الليمفاوية الشبيهة بالفطرية (ILCs) ، و Tregs بشكل إيجابي على إصلاح الأنسجة ، بينما يمكن للخلايا التائية المساعدة والسمية للخلايا أن تؤخر التئام الكسور عن طريق إفراز السيتوكينات IFN-γ و TNF-α ، والتي تمنع تكون العظم (142 ، 143). من ناحية أخرى ، تظهر الدراسات الحديثة دورًا وقائيًا للخلايا التائية في إصابة الجهاز العصبي المركزي (144) ، وإصابة الكلى الحادة (145) ، واحتشاء عضلة القلب (146) ، وإصلاح العضلات (137). تعمل الخلايا المساعدة من النوع 1 T (Th1) على تعزيز الالتهاب ، في حين أن خلايا Th2 لها تأثيرات مضادة للالتهاب وتساهم في التعافي من الإصابة. يتطلب تمايز الخلايا التائية الساذجة تجاه هذه المجموعات الفرعية انخراط مستقبل الخلايا التائية متبوعًا بآليات جينية. لا تحمي خلايا المستجيب الناقصة في H3K27me3 ميثيل ترانسفيراز EZH2 من التوكسوبلازما العدوى ويمكن أن يؤدي إلى التهاب القولون المناعي الذاتي (147). على العكس من ذلك ، أثناء زرع الكلى أو النخاع العظمي ، يعمل تثبيط EZH2 على تحسين رفض الطعم الخيفي وتقليل الإصابة عن طريق قمع إنتاج السيتوكين وتحفيز موت الخلايا المبرمج للخلايا التائية (148 ، 149). لا يزال من غير الواضح ما هي المستقبلات التي تشارك في تنشيط الخلايا التائية الناجم عن الإصابة ، خاصة أثناء الالتهاب العقيم مثل نقص التروية حيث لا يوجد مستضد مشابه. من غير المحتمل أن يكون تنشيط الخلايا التائية في مواقع الإصابة يشبه تمايز الخلايا التائية الساذجة أو يشمل تغييرات جينية مماثلة ، والتي بدأ تناولها مؤخرًا فقط (150). السامة للخلايا Tc17 والخلايا المساعدة Th17 المستحثة بواسطة المكورات العنقودية البشروية محاربة العدوى عن طريق إنتاج IL-17 ولكن لديهم أيضًا إمكانية التئام الجروح بسبب برنامج المناعة من النوع 2. لديهم القدرة على إنتاج مستويات عالية من السيتوكينات من النوع 2 IL-5 و IL-13 ، حيث أنهم يحتفظون بالكروماتين المفتوح لهذه المواقع الجينية ومستويات منخفضة من النصوص المقابلة (150). بشكل جماعي ، تم إنشاء خلايا Tc17 أثناء س. البشرة الاستعمار يحسن التئام الجروح الجلدية بطريقة تعتمد على IL-13 (150). لذلك من الممكن أن تكتسب الخلايا التائية ، خاصة الخلايا المقيمة في الأنسجة ، تواقيع جينية متوازنة عند مواجهة مستضد ، مما يسمح بإنتاج السيتوكين المناسب عند الإصابة.

γδ تشكل الخلايا T مجموعة كبيرة من الخلايا الليمفاوية في الأنسجة المخاطية والجلد. عند حدوث تلف جلدي ، تعد واحدة من أولى المكونات الخلوية التي يتم تعبئتها استجابة لإشارات الإجهاد ، حيث تفرز عوامل قابلة للذوبان تجذب المزيد من الخلايا الالتهابية ، ولكنها تحفز أيضًا تكاثر الخلايا الظهارية بشكل مباشر عن طريق الميوجينات مثل عوامل نمو الخلايا الكيراتينية IGF-1 (151) و FGF -7 ، و FGF-10 (152 ، 153). تنتج خلايا γδT المقيمة في الرئة IL-22 ، الذي يمنع التليف (154) ، وخلايا γδT في العظام تفرز IL-17A ، مما يسرع تكون العظم أثناء التئام الكسور (155). يتم تحديد ما إذا كانت خلايا γδT تنتج IFN-أو IL-17 إلى حد كبير أثناء تطور الغدة الصعترية. عدد قليل جدًا من خلايا T يترك الغدة الصعترية كخلايا غير مبرمجة مسبقًا مع إمكانية توجيهها من خلال إشارات بيئية محيطية (156). القدرة على إنتاج IFN-γ أو IL-17A و IL-17F و IL-22 مشفرة في بنية الكروماتين. تُظهر خلايا CD27 + γδT المنتجة لـ IFN-إثراءًا لعلامات H3K27me3 القمعية في Il17a, Il17f، و Il22 loci وإثراء H3K4me2 في Ifng locus ، بينما تمتلك خلايا IL-17 المنتجة CD27 - γδT Il17a, Il17f، و Il22 loci في حالة توازن مع وجود H3K27me3 و H3K4me2 (157). على الرغم من أن المرء قد يستنتج أن إعادة البرمجة اللاجينية لخلايا γδT في المحيط محدودة ، إلا أن تنظيم وظيفة الخلية γδT أثناء الإصابة يمكن أن يظل عملية مهمة تحتاج إلى مزيد من التحقيق بطريقة زمانية مكانية خلال جميع مراحل الإصابة لفهم دور هذه المناعية المهمة بشكل أفضل الخلايا أثناء الإصابة.

يمكن أن يؤدي الالتهاب غير المنضبط بعد تلف الأنسجة إلى إضعاف التئام الأنسجة وتجديدها ، كما يحدث في قصور القلب الإقفاري المزمن (158 ، 159). يمكن أن يخفف تريجس في موقع الإصابة من حدة الالتهاب عن طريق تسهيل إصلاح العديد من الأنسجة ، بما في ذلك العظام (142) والجلد (160) والرئتين (161 ، 162) والكلى (163 ، 164) والجهاز العصبي المركزي (165) والهيكل العظمي ( 141) وعضلات القلب (166). أثناء الإصابة ، تعدل Tregs سلوك العدلات (161) ، وتؤثر على تنشيط الوحيدات / البلاعم نحو النمط الظاهري المضاد للالتهابات (167) ، وتقليل إنتاج الخلايا الليمفاوية من السيتوكينات المسببة للالتهابات TNF-α و IFN-(142). يمكن أن تؤثر Tregs أيضًا بشكل مباشر على التئام الجروح عن طريق إنتاج عوامل النمو مثل amphiregulin (141) ، الذي يعزز تجديد الأنسجة. نظرًا لأن مثيلة الحمض النووي تلعب دورًا مهمًا في تنظيم تعبير Foxp3 ، فقد تؤثر أيضًا على عمليات إصلاح الأنسجة وحلها. في الواقع ، يعمل مثبط DNMT 5-aza-29-deoxycytidine (DAC) على تسريع حل إصابة الرئة التجريبية جزئيًا على الأقل من خلال تأثير مفيد على Tregs. يزيد علاج DAC من أعداد Treg ووظائف الرئة المصابة (168). من الواضح أن المزيد من العمل ضروري لفهم الآليات اللاجينية التي تعمل في تريجس بدقة ، وبالتالي قد يتم استهدافها علاجيًا لتعزيز إصلاح الأنسجة وحلها.

يبدو أن وجود ILCs مفيد أيضًا لاستعادة توازن الأنسجة بعد الإصابة (169). استنفاد النوع 2 من ILCs ، التي تستجيب لـ IL-33 ، ضعف التئام الجروح في الرئة بعد الإصابة بالأنفلونزا (170) وفي أنسجة القرنية بعد السحج الظهاري للقرنية (171). تكتسب ILCs تعديلات محددة للكروماتين أثناء التطوير ، مما يجعل الجينات المحفزة للتحفيز مهيأة للتعبير. لا يبدو أن التحفيز في المختبر ولا في الجسم الحي يؤثر على إمكانية الوصول إلى الكروماتين في ILCs (172 ، 173). ومع ذلك ، فإن الميكروبيوم يؤثر على المشهد اللاجيني لمجموعات فرعية مختلفة من ILC (173). من الواضح أن دور التغييرات اللاجينية داخل مجموعات ILC الفردية استجابة لتلف الأنسجة لا يزال يتعين تحديده.

بشكل جماعي ، في حين أن دور الخلايا الليمفاوية أثناء الإصابة أصبح أكثر وضوحًا ، فإن الأحداث اللاجينية التي تحدث خلال المراحل اللاحقة من الاستجابة المناعية لتلف الأنسجة غير معروفة إلى حد كبير ، لا سيما فيما يتعلق بإعادة البرمجة اللاجينية للخلايا الليمفاوية. استنادًا إلى البيانات القليلة المتاحة ، من المغري التكهن بأن الخلايا المشاركة في إصلاح الأنسجة بما في ذلك خلايا T وخلايا Tc17 و ILCs تكتسب إمكانات الشفاء من خلال إعادة البرمجة على مستوى الكروماتين قبل حدوث الإصابة. من الأهمية بمكان أيضًا معالجة دور آليات الوراثة اللاجينية أثناء مراحل الإصلاح والحل المتأخرة. تظل المحاولات الأولى للنظر في دور علم التخلق في هذه العملية محدودة للغاية. على الرغم من أن مثبطات الوراثة اللاجينية قد تم اختبارها بالفعل كإستراتيجيات محتملة لتحسين عمليات التئام الجروح (148 ، 149 ، 174) ، فإن الفهم الأفضل للأحداث اللاجينية المرتبطة بإصلاح الأنسجة ضروري لتطوير استراتيجيات الطب الدقيق.

أثناء رد فعل الجسم تجاه الإصابة ، تعمل الخلايا المناعية بطريقة تشبه النظام ، وتشمل العديد من أنواع الخلايا المناعية المختلفة طوال العملية (3 ، 175 ، 176). يجب مراعاة الأبعاد المختلفة للتفاعلات. على مستوى السكان ، يمكن أن يؤثر التباين الجيني على الآليات الجزيئية المشاركة في عمليات الإصلاح والحل (الشكل 3). في هذا السياق ، يمكن أن يسلط تحليل مواضع السمات الكمية (QTL) ، وخاصة التعبير QTL و QTL الوراثي اللاجيني ، الضوء على قابلية الفرد الوراثية والبيئية لخلل التنظيم في مراحل مختلفة من الاستجابة للإصابة (177). علاوة على ذلك ، يؤدي تعرض كل فرد لعدد لا يحصى من المحفزات البيئية طوال حياته إلى تعديلات فوق جينية تضيف طبقة مهمة أخرى فوق الشفرة الوراثية تشرح القابلية للمرض ونتائجه. نظرًا لأن كل نوع من الخلايا المناعية يتفاعل بطريقة يتم حلها بمرور الوقت خلال المراحل المختلفة بعد الإصابة ، فإن تقنيات الخلية المفردة التي تحدد التغييرات النسخية والتخلقية الجينية أصبحت أكثر أهمية (178 - 180). علاوة على ذلك ، نظرًا لأن التنظيم الوراثي اللاجيني يحدث على عدة مستويات ، فإن مناهج تعدد omics مطلوبة لاستجواب الآليات التنظيمية الوراثية والنسخية الرئيسية في وقت واحد أثناء الإصابة والإصلاح والحل (الشكل 3 والمراجع 181 ، 182). حتى الآن ، لم يتم تطبيق الأساليب أحادية الخلية مثل scATAC-Seq (183) و scDNase-Seq (184) و scMNase-Seq (185) لمعالجة العمليات أثناء الإصلاح وحل الإصابات. مما لا يثير الدهشة ، أننا بعيدون كل البعد عن القدرة على تقييم السكان ، والفرد ، والأعضاء ، والأنسجة ، والخلايا المفردة ، والوقت ، والأبعاد متعددة النتوءات لتطوير رؤية متكاملة للعمليات المرضية.

عرض متكامل للعمليات الوراثية اللاجينية التي تحدث بمرور الوقت أثناء الإصابة والإصلاح والحل. يمكن دراسة الآليات التنظيمية الوراثية اللاجينية على مستوى السكان ، والأفراد ، والأنسجة والأعضاء ، وكذلك على مستوى الخلية الواحدة. نظرًا لأن أي إصابة تتبعها سلسلة من العمليات تتراوح من تنشيط الجهاز المناعي إلى ذروة التفاعل إلى الإصلاح والحل ، فإن التحليلات التي تم حلها بمرور الوقت للعمليات الوراثية اللاجينية مطلوبة. على المستويات المختلفة (السكان ، والأفراد ، والأنسجة والأعضاء ، والخلايا المفردة) ، يمكن تطبيق مناهج مختلفة متعددة الأوجه لتحديد التنظيم اللاجيني. يختلف القرار والتعقيد الذي يمكن تحديده وقابلية التوسع في فحوصات الوراثة اللاجينية وتكاليف التحليلات اختلافًا كبيرًا بين الإعدادات المختلفة. ستتطلب الدراسات المستقبلية التي تستهدف بشكل خاص مرحلتي الإصلاح والحل تخطيطًا متطورًا للأهداف والتجارب الشاملة التي يتعين إجراؤها. eQTL ، التعبير الكمي للسمة loci epiQTL ، موضع السمات الكمية اللاجينية.

باستخدام احتشاء عضلة القلب (MI) كمثال بارز جدًا للإصابة ، باعتباره السبب الرئيسي للوفاة في العالم (186) ، سنشرح الآن كيف يمكن تصور رؤية متكاملة للبحث في المستقبل. أثبتت الأعمال الحديثة بوضوح التفاعل بين الخلايا المناعية المحلية ، ولا سيما الخلايا الضامة لنسيج عضلة القلب ، والخلايا المناعية المهاجرة مثل العدلات والوحيدات خلال MI (175). على المستوى الجيني ، يرتبط أكثر من 50 موقعًا تم تحديده في العقد الماضي بزيادة خطر الإصابة بمرض الشريان التاجي (CAD) و MI (187). توجد الغالبية العظمى من هذه المواقع في أجزاء غير مشفرة من الجينوم ، مما يجعل التنظيم اللاجيني للنسخ بدلاً من بنية البروتين أكثر عرضة للتأثر. تم ربط موضع حساسية بارز جدًا لـ CAD / MI في الكروموسوم 9p21 في البداية بأقرب جينين لترميز البروتين ، CDKN2A و CDKN2B (188). ومع ذلك ، توضح الدراسات الحديثة متطلبات استنتاج السببية من دراسات التباين الجيني (189 - 191). لقد ثبت الآن أن أليلات المخاطرة وغير الخطرة في رمز الموقع هذا للأشكال الإسوية المختلفة من lncRNA ANRIL ، مما أدى إلى وظائف التخلق التفاضلية لهذا lncRNA وفي النهاية تعديل التعبير عن جينات متعددة (192).

ترتبط العديد من الآليات اللاجينية ، بما في ذلك مثيلة الحمض النووي وتعديلات الهيستون ، بالتئام الجروح القلبية الشاذة (193 ، 194) ، على الرغم من أن المعرفة الحالية تعتمد في الغالب على دراسات تقيم التغيرات اللاجينية على مستوى الأنسجة بدلاً من مستوى نوع الخلية. على سبيل المثال ، يُظهر المرضى الذين يعانون من قصور القلب في المرحلة النهائية انخفاضًا عالميًا في مثيلة الحمض النووي في جزر CpG ، وترتبط بعض هذه التغييرات اللاجينية بالتعبير غير المنظم للجينات المتورطة في تكوين الأوعية (195). وبالمثل ، لوحظت تغيرات في مثيلة الهيستون في قصور القلب البشري (196) ، ومع ذلك فإن هذه الدراسات لا تعالج التغيرات اللاجينية في مجموعات فرعية من الخلايا المناعية الفردية المتورطة في إصابات القلب. في الواقع ، لا يُعرف الكثير عن التغيرات اللاجينية في مجموعات فرعية من الخلايا المناعية أثناء قصور القلب أو إصابات القلب الأخرى. أدى علاج الفئران بمثبط DNMT 5-azacytidine إلى تقليل عدد البلاعم بعد احتشاء عضلة القلب ، وكان لدى الضامة المتبقية نمط ظاهري أكثر مضادًا للالتهابات (197). تعديلات هيستون متورطة في إعادة برمجة البلاعم (114 ، 198) ولكن لم تتم دراستها بتفصيل كبير في سياق MI أو إصابات القلب الأخرى في الجسم الحي ، وبالتأكيد ليس بطريقة متكاملة في نوع الخلية أو حتى على مستوى الخلية المفردة. اقترحت مقارنة التنظيم النسخي لآليات الإصلاح داخل قلوب الثدييات البالغة والولدان أن مقصورات الخلايا المناعية للبالغين والأطفال حديثي الولادة تعبر عن شبكة التعبير الجيني التكاثري التي تتبع MI. في المقابل ، فإن خلايا عضلة القلب البالغة غير قادرة على إعادة تنشيط شبكة الجينات التكاثرية المعبر عنها في خلايا عضلات القلب الوليدية بعد MI (199). تكشف نظرة متكاملة حول تنظيم النسخ ومناظر الوصول إلى الكروماتين على مستوى الجينوم في خلايا عضلة القلب بعد MI أن المواضع المطلوبة لدخول دورة الخلية تتميز بمناظر الكروماتين المغلقة. وهذا يسمح للخلايا الوليدية بإصلاح احتشاء عضلة القلب دون أن يؤدي ذلك إلى تكوين ندبة ، وهو الخيار الرئيسي لحل الإصابة عند البالغين. بينما تكشف هذه الدراسة عن آليات تنظيمية وراثية ونسخية مهمة تؤثر على آليات الإصلاح والقرار بعد MI على مستوى نوع الخلية ، يجب علينا النظر في مزيد من عدم التجانس داخل أنواع الخلايا الفردية خلال جميع مراحل الإصابة. تعد تقنيات scRNA-Seq مناسبة تمامًا لمعالجة عدم التجانس هذا ، حتى في الموضة الزمانية المكانية (179 ، 180). بالتطبيق على MI ، يتم التعرف على الحالات الخلوية المحددة وظيفيًا داخل الحيز النخاعي في الأنسجة المصابة بالاحتشاء (200). إلى جانب تقنيات رسم خرائط المصير ، ودراسات التألق المناعي ، والحركية الزمنية للمجموعات السكانية الفرعية ، تتطور صورة للوظائف التفاضلية داخل حجرة الخلايا النخاعية خلال مراحل ما بعد MI المختلفة. تتضمن المراحل المبكرة تغييرات وظيفية في الخلايا الضامة للأنسجة المحلية ، مما يؤدي إلى تدفق العدلات والخلايا الأحادية التي تعزز التفاعل الالتهابي. يتم استبدال هذه الخلايا في نقاط زمنية لاحقة بمجموعات فرعية تتميز بآليات الإصلاح الكلاسيكية (178 ، 200). من المثير للدهشة بشكل خاص في هذه الدراسات عدم التجانس الوظيفي للخلايا المناعية خلال المراحل المختلفة للإصابة مثل MI. إن فهم هذه الحالات الوظيفية المتميزة داخل الحيز النخاعي يسمح باستهداف مجموعات سكانية فرعية معينة لمعالجة التاريخ الطبيعي للمرض (180 ، 200). على سبيل المثال ، يؤدي استنفاد الضامة المقيمة بعد احتشاء إلى تفاقم وظيفة القلب ، مما يشير إلى أن حماية هذه الخلايا من النضوب قد يكون مفهومًا علاجيًا محتملاً. من الواضح أننا يجب أن نقيّم الوظائف المتوقعة لجميع الحالات الوظيفية التي تم تحديدها حديثًا وربط هذه التغييرات النسخية بالتنظيم اللاجيني الذي قد يكون أيضًا مستهدفًا علاجيًا.

آليات تنظيم الوراثة اللاجينية ديناميكية للغاية وتوفر العديد من الخيارات لأي خلية مفردة للتفاعل مع التغيرات في بيئتها المكروية ، سواء كانت متجانسة أو فسيولوجية مرضية. تتطلب الإصابات ، بمراحلها المختلفة ، تغييرات فوق جينية منسقة جيدًا في جميع الخلايا المناعية المشاركة في العملية للسماح باستعادة توازن الأنسجة بعد الالتهاب الحاد عند الإصابة. نظرًا لأننا بدأنا للتو في فهم العديد من الآليات اللاجينية المختلفة الموجودة ، فليس من المستغرب أن تظل صورتنا لدور علم التخلق في المراحل اللاحقة من الإصابات ، أي الإصلاح والحل ، غير مكتملة في الغالب. تعد المعرفة العميقة حول مجموعات الخلايا المناعية المختلفة المقيمة في الأنسجة والتي تقوم بدوريات بها والمجموعات الفرعية الموجودة في ظل ظروف الاستتباب شرطًا أساسيًا لفهم العمليات الفيزيولوجية المرضية. تمهد تقنيات الخلية الواحدة حاليًا الطريق لفك تشفير مجموعات الخلايا المناعية ووصفها بمستويات غير مسبوقة ، مما يتيح عزل الخلايا النادرة وتوصيفها على مستوى التخلق المتوالي.منعت القيود التكنولوجية للعديد من فحوصات الوراثة اللاجينية المتعلقة بكمية مواد الإدخال الضرورية إجراء دراسات تفصيلية لهذه العمليات أثناء الإصابة. ومع ذلك ، فإننا نؤمن بشدة أنه سيكون من المجدي إلى حد ما إكمال هذه الدراسات ، حيث إن القرار بين حل الأنسجة بعد الإصابة مقابل الالتهاب المزمن منخفض الدرجة ، أو تطور التليف ، أو تكوين خراجات باعتباره ثاني أفضل الخيارات يتأثر بالتأكيد ويتشكل من خلال تمييز مختلف. آليات تنظيم الوراثة اللاجينية. تعتبر الظروف والعوامل الموجودة في الأنسجة المصابة مؤثرة ، ولكن أصبح من الواضح أيضًا أن التباين الجيني والعمر والتأثيرات البيئية يمكن أن تترك بصماتها اللاجينية وتؤثر على قابلية الإصابة ونتائجها. إن الكشف عن هذه المفاتيح اللاجينية المحددة في مجموعات فرعية محددة من الخلايا المناعية سيقربنا من العلاجات المستهدفة للعديد من الحالات الفيزيولوجية المرضية التي تعقب الإصابات ، وقد تشكل هذه العلاجات ذات الدوافع اللاجينية أساس الطب الدقيق للأمراض المزمنة ذات الصلة.

يتم تمويل JLS من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (Deutsche Forschungsgemeinschaft) في إطار إستراتيجية التميز الألمانية - EXC2151 - 390873048. تلقت JLS تمويلًا من برنامج Horizon 2020 للبحث والابتكار التابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية المنحة 733100. JLS هي عضو في برمجة الشيخوخة والتمثيل الغذائي (AMPro) كونسورتيوم. يتم دعم KP من قبل زمالة Marie Sklodowska Curie Actions الفردية للمفوضية الأوروبية (798582).

تضارب المصالح: تلقت JLS تمويلًا في إطار التعاون البحثي حول جينوم الخلية الواحدة في أمراض الرئة من MedImmune و Boehringer Ingelheim.


خلفية

التسرطن عملية معقدة تنطوي على تغيرات وراثية وجينية ، تؤدي إلى تحويل الخلايا الطبيعية إلى خلايا خبيثة. تعد التغيرات الجينية والخلقية الشاذة السمة المميزة للسرطان. تعد التعديلات الجينية مسؤولة عن اللدونة الخلوية والتمايز وإعادة البرمجة دون تغيير تسلسل الحمض النووي الأساسي للكائن الحي [1]. يعتمد التطور الطبيعي للخلايا على النسخ المنظم للبروتينات الحيوية ، وتحافظ الخلايا الفردية داخل أنسجة وأعضاء معينة على وظائفها البيولوجية الفريدة بناءً على الاختلافات الوراثية والتطورية في عبوات الحمض النووي. تلتف بروتينات هيستون (نسختان من الهيستونات H2A و H2B و H3 و H4) حول 147 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي لتشكيل جسيم نووي. يتم ضغط النيوكليوسومات بشكل أكبر بواسطة بروتينات إضافية لتكوين الكروماتين. يمكن أن تؤدي التعديلات الجينية ، بما في ذلك الأسيتيل والميثيل (علامات هيستون) ، إلى تغيير إمكانية الوصول إلى الحمض النووي وبنية الكروماتين وتنظيم تنشيط النسخ الجيني أو إسكاته. تكون الهستونات الأسيتيل أقل ضغطًا ، مما يتيح نسخ الجينات عن طريق جعل الحمض النووي أكثر سهولة في بوليميريز الحمض النووي الريبي وآلية النسخ. على الطرف الآخر ، يمكن أن تكون الهستونات الميثيلية إما قمعية أو نشطة ، اعتمادًا على الموقع ودرجة المثيلة. تعتبر مثيلة هيستون H3 في ليسين 4 و 36 و 79 علامة تنشيط بشكل عام ، بينما ترتبط الميثيل على هيستون H3 ليسين 9 ، 27 بقمع النسخ [2]. بشكل عام ، يشار إلى الإنزيمات التي تضيف مجموعات الأسيتيل أو الميثيل إلى الهيستون أو الحمض النووي باسم "الكتاب" ، بينما تسمى الإنزيمات التي تزيل علامات الهيستون بـ "المحايات". البروتينات التي تتعرف على تعديلات الهيستون والحمض النووي هي "قارئات" الكروماتين [1].

التوازن المعقد للتنظيم اللاجيني الطبيعي وغير الطبيعي هو مجال اهتمام شديد في أبحاث السرطان ، بما في ذلك التطور العلاجي في السرطان [3]. ستوضح هذه المقالة التغييرات الشاذة في مثيلة الحمض النووي وأسيتيل هيستون ومثيل هيستون (ملخصة في الشكل 1) في السرطان ، وتناقش العوامل اللاجينية في كل من الأورام الدموية الخبيثة والأورام الصلبة ، وتسليط الضوء على استراتيجيات الجمع الجديدة الحديثة ، مثل مع نقطة التفتيش المناعية مثبطات والعلاجات الهرمونية في الأورام الصلبة.

القراء والكتاب والمحايات اللاجينية. (أ) تلتف بروتينات هيستون حول الحمض النووي لتشكيل جسيم نووي ، والذي يتم ضغطه بعد ذلك لتشكيل كروماتين ثم في الكروموسومات. تضيف HAT مجموعات الأسيتيل وتزيل HDACs مجموعات الأسيتيل من بقايا هيستون ليسين. تعتبر الهيستونات الأسيتيل "كروماتين مفتوح" ، مما يتيح النسخ الجيني ، في حين أن الهيستونات المنزوعة الأسيتونات هي "كروماتين مغلق" وترتبط بإسكات الجينات. تتعرف بروتينات BET على هيستونات الأسيتيل وتشارك في تنشيط النسخ عن طريق تجنيد بروتينات أخرى. بالمقارنة مع أستلة هيستون ، يمكن أن تكون مثيلة الهيستون إما قمعية أو نشطة ، اعتمادًا على موقع ودرجة المثيلة. إن هيستون ميثيل ترانسفيرازات مختلفة خاصة بتعديل بقايا اللايسين أو الأرجينين. يقوم LSD1 بإزالة الميثيل إما العلامة النشطة لـ H3K4 أو العلامة القمعية لـ H3K9 ، بطريقة تعتمد على السياق. EZH2 ميثيلات H3K27 ويعزز إسكات النسخ. DOT1L methylates H3K79 ، وهي علامة تنشيط. على مستوى الحمض النووي ، تقوم DNMTs methylate وتحويل السيتوزين إلى 5-methylcytosine (5mC) ، وتزيل TETs مجموعات الميثيل الموجودة على الحمض النووي. يمكن للطفرات في الجينات التي تشفر الإنزيمات في التمثيل الغذائي الخلوي أن تغير المشهد اللاجيني. ويتجلى ذلك في IDH1 / 2 الذي يستقلب isocitrate إلى α-KG. تؤدي طفرات IDH1 / 2 (اكتساب الوظيفة) إلى مزيد من المعالجة لـ α-KG إلى 2-HG ("oncometabolite") ، مما يثبط TETs ويؤدي إلى تقليل إزالة ميثيل الحمض النووي (زيادة حالة مثيلة الحمض النووي). ب مركب متعدد البروتينات (يتكون من METTL3 و METTL14 ووحدات فرعية أخرى) ميثيلات قاعدة الأدينوزين في موضع النيتروجين -6 ويشكل م 6 أ في الرنا المرسال. م 6 التعديل قابل للعكس ويمكن محوه بواسطة ALKBH5 و FTO. م 6 يمكن لبروتينات القارئ أن تنظم استقلاب الرنا المرسال. على سبيل المثال ، يرتبط YTHDF2 بـ m 6 A ويستهدف تدهور mRNA. قبعة هيستون أسيتيل ترانسفيراز ، HDAC هيستون ديسيتيلاز ، رهان برومودومين وبروتينات عزر خارجية ، LSD1 دي ميثيلاز هيستون المحدد ليسين 1 ، EZH2 محسن zeste homolog 2 ، DOT1L معطل إسكات التيلومير 1 مثل ، DNMT ميثيل ترانسفيراز الحمض النووي ، تيت عشرة - أحد عشر إزفاء ، IDH نازعة هيدروجين إيزوسيترات ، α-KG ألفا كيتوجلوتارات ، 2-HG 2-هيدروكسيجلوتارات ، م 6 أ N 6-ميثيلادينوزين ، METTL3 بروتين يشبه ميثيل ترانسفيراز 3 ، METTL14 بروتين يشبه ميثيل ترانسفيراز 14 ، ALKBH5 alkB homolog 5 FTO كتلة الدهون والبروتين المرتبط بالسمنة


التعليقات الختامية والعمل المستقبلي

الشيخوخة ، باعتبارها عملية متعددة الأوجه والأبعاد ، ترتبط بزيادة خطر الإصابة بعدد من الأمراض ، بما في ذلك السرطان. من المعروف جيدًا أن الأفراد يتقدمون في العمر بمعدلات مختلفة وأن العمر البيولوجي للفرد وخطر الإصابة بالأمراض المرتبطة بالعمر يختلف عن عمره / عمرها الزمني. علاوة على ذلك ، تختلف مخاطر الإصابة بالأمراض المرتبطة بالعمر والسرطان بين الأفراد في نفس العمر الزمني. يبدو أن بعض الأشخاص يُظهرون تسارعًا في تقدم العمر ويكونون أكثر عرضة للإصابة بالأمراض المرتبطة بالعمر ، في حين يُظهر البعض الآخر تباطؤًا في العمر ويختبرون عملية شيخوخة صحية (الشكل 1). وبالتالي ، فإن تحسين فهمنا لعملية الشيخوخة البيولوجية للأفراد والتعديلات الجزيئية المرتبطة بها ، على عكس العمر الزمني ، من المحتمل أن يكون هو المفتاح لتحسين فهمنا للمخاطر المرتبطة بالعمر للإصابة بأمراض مثل السرطان. يظهر "الانجراف اللاجيني" ، وهو عملية عشوائية لاكتساب أو خسارة الحمض النووي العالمي كدالة للعمر ، كعلامة حيوية واعدة للشيخوخة البيولوجية وكآلية جزيئية معقولة تتوسط في هذه العملية. من بين آلاف مواقع CpG التي تغطي مئات من CGIs التي تخضع للانحراف أو تتغير بشكل كبير بمرور الوقت ، تم إنشاء العديد من الساعات اللاجينية لتقييم الجوانب المختلفة للشيخوخة البيولوجية بشكل أساسي (الشكل 2). من بينها ، قد تعكس ساعتا هورفاث وهانوم بشكل وثيق العمليات الناشئة عن عملية الشيخوخة الذاتية على الرغم من أنها تبدو أيضًا متأثرة بالتعرضات البيئية. لذلك ، نقترح أن أفضل وصف لساعات هانوم وهورفاث بأنها "ساعات كرونولوجية / بيولوجية هجينة" ، وهو مصطلح تم طرحه في مقالة مراجعة حديثة (89). في المقابل ، يبدو أن ساعة epiTOC تقيس آلية الساعة الداخلية لانقسامات الخلايا الجذعية التي تحدث أثناء الشيخوخة. علاوة على ذلك ، فإن ساعة PhenoAge المشتقة حديثًا من DNAm تتجاوز مجرد كونها مقدرًا زمنيًا / بيولوجيًا للعمر وتعمل كمؤشر حيوي للتنبؤ بالوفيات أو المدى الصحي أو أمراض القلب والأوعية الدموية أو أمراض الزهايمر (23).

على الرغم من أنه تم الكشف عن الكثير في الربط بين الشيخوخة اللاجينية وخطر الإصابة بالسرطان ، إلا أن هناك العديد من الفجوات المعرفية التي يجب سدها في المستقبل القريب ، لا سيما فيما يتعلق بفهم الأهمية البيولوجية والسريرية لظاهرة الانجراف اللاجيني. أولاً ، على الرغم من أن الدراسات السابقة قدمت معلومات مهمة حول التأثير المحتمل على التعبير الجيني الذي يفرضه الانجراف اللاجيني ، فإن النتائج الوظيفية للانحراف اللاجيني بحاجة إلى مزيد من التوضيح. تحقيقًا لهذه الغاية ، كشف التحليل التكاملي للتعبير الجيني والانحراف اللاجيني في كل من مجموعة بيانات سرطان المريء / سرطان القولون والمستقيم TCGA عن مجموعة من الجينات التي يبدو أنها تتعرض للانحراف اللاجيني والقمع النسخي (40 ، 41). هناك حاجة لدراسات مستقبلية مع أدوات التحرير فوق الجينية الناشئة لتوصيف CpGs أو CGIs الانجراف الرئيسي الذي قد يكون سببيًا في بدء السرطان أو تقدمه ، حيث من المحتمل أن يكون لجزء صغير جدًا فقط من جينات الانجراف أهمية وظيفية. في الآونة الأخيرة ، تم ربط الحمض النووي المرتبط بالشيخوخة للعديد من CGIs في الأنسجة الطبيعية في أصل CIMP في سرطان القولون (90). يبقى أن نحدد ما إذا كان الأفراد الذين يعانون من معدل الشيخوخة المتسارع معرضين بشكل خاص لخطر الإصابة بسرطان القولون والمستقيم المرتفع CIMP ، بعد أن اكتسبت خلايا القولون الطبيعية تلقائية BRAF الطفرات. ثانيًا ، من المعقول أن الأفراد الذين أصيبوا بآفات ما قبل السرطان والمعرضين لخطر الإصابة بالسرطان يظهرون تسارعًا في تقدم العمر في أنسجتهم الطبيعية المعرضة للخطر. في الواقع ، أظهرت ساعة epiTOC تسارعًا في تقدم العمر في الأنسجة الشدقية الطبيعية المعرضة للدخان وفي أنسجة الثدي الطبيعية لمرضى السرطان. من المتصور أن تعمل "ساعة خطر الإصابة بالسرطان" المثالية بطريقة خاصة بالأنسجة ، مما يعكس العوامل الداخلية والخارجية الفريدة التي تعمل على الأنسجة قيد الدراسة. من المهم أيضًا أن تضع في اعتبارك أن العلاقة بين الشيخوخة اللاجينية وخطر الإصابة بالسرطان قد تكون أكثر تعقيدًا مما نتوقعه. وبالتالي ، من أجل زيادة فهمنا للشيخوخة اللاجينية والسرطان ، سنحتاج إلى مجموعات كبيرة من عينات الأنسجة الطبيعية التي تم تمييزها لتغيراتها الميثيلومية والتي تحتوي على شرح صارم لعوامل الخطر.

باختصار ، على الرغم من المكاسب الأخيرة في معرفتنا بالشيخوخة وعلم الجينات ، لا يزال لدينا فهم غير كامل لكيفية زيادة الشيخوخة ، عامل الخطر الرئيسي للسرطان البشري ، من خطر الإصابة بالسرطان. لا شك أن الشيخوخة اللاجينية ليست مجرد "ساعة جزيئية" عندما يتعلق الأمر بالسرطان. إن فتح آلية الساعة اللاجينية ورؤية كيف تتلاشى مع تقدمنا ​​في العمر قد يساعدنا على فهم أفضل لكيفية تطور الأنسجة الطبيعية ، بمرور الوقت ، إلى سرطان.