معلومة

ما الفرق بين CREs و DHSs؟

ما الفرق بين CREs و DHSs؟


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.

أود أن أعرف ما هو الفرق بين العناصر المنظمة لرابطة الدول المستقلة والمواقع شديدة الحساسية لـ DNase I ، من أجل إنتاج فصل ذي مغزى للعناصر غير المشفرة التي تؤثر على التعبير الجيني.


رابطة الدول المستقلة- العناصر التنظيمية هي ببساطة مناطق الحمض النووي المنبع أو المصب للجين الذي يمكن أن يؤثر على تعبيره (بشكل أساسي يجب أن يكونوا في نفس الكروموسوم).

المواقع شديدة الحساسية DNAse-I (DHS) هي مناطق من الكروماتين يتم هضمها أثناء علاج DNAse لأنها مكشوفة أي غير محمية ببروتين (معقد). يمكن أن يكون مركب البروتين إما عاملًا نوويًا أو عامل نسخ. وتجدر الإشارة إلى أن منطقة الحمض النووي يمكن أن تكون غير حساسة للحمض النووي أيضًا بسبب شكلها.

عادة رابطة الدول المستقلة- تمارس العناصر التنظيمية تأثيرها من خلال العمل كموقع ربط لعوامل النسخ (أو أجهزة إعادة تشكيل الكروماتين). إذا ارتبطت البروتينات في هذه المواقع ، فستتم حماية هذه المناطق من هضم DNAse وبالتالي صنعها ليس-DHS. ومع ذلك ، فمن المعروف أن عناصر الحمض النووي يمكن أن تعمل عبر كذلك (انظر الأوراق حول 3C- التقاط التشكل الكروموسوم ، ومتغيراته). علاوة على ذلك ، سواء كان الموقع محميًا من DNAse أم لا ، فهذا لا يخبرنا بأي شيء عن وظيفته.


التحكم في إمكانية الوصول في إعادة التركيب V (D) J: الدروس المستفادة من استهداف الجينات

وليام إم همبل ،. بيير فيرييه ، التقدم في علم المناعة ، 1998

A A Locus Control Region (LCR) المصب من TCRα / Locus؟

مجموعة من مواقع DNase I شديدة الحساسية ، بما في ذلك موقع داخل TCR جيد التوصيف α محسن الجينات (Eα) ، تم تحديد المصب من TCRα منطقة ثابتة. على أساس تجارب الفئران المعدلة وراثيا ، تم الإبلاغ عن أن جميع مواقع HS كانت مطلوبة بالإضافة إلى E.α لمنح تعبير مستقل عن موقع التكامل ، ومعتمد على رقم النسخ ، ومقيد بالأنسجة للجينات المحورة المرتبطة (Diaz وآخرون.، 1994 أورتيز وآخرون.، 1997). هذه الخصائص هي سمة من سمات نوع رابطة الدول المستقلة-العنصر التنظيمي المعروف باسم منطقة التحكم في الموقع (LCR) ، الموصوف في البداية داخل β-مثل مركب الجينات الغلوبين (Martin وآخرون.، 1996 ، والمراجع داخل). عن طريق القياس مع β-جلوبين LCR ، والذي ثبت أنه يشارك في تنظيم تكوين الكروماتين بالكامل βعلى غرار موضع الجين globin ، اقترح Winoto وزملاؤه نموذجًا يتم فيه استخدام TCRα يمكن مشاركة تسلسلات المصب ، التي تعمل كعنصر LCR ، من قبل اثنين من TCRδ و TCRα وتلعب الجينات دورًا رئيسيًا في التحكم في إعادة التركيب التفاضلي والتعبير عن جزأي هذا الموضع (دياز وآخرون., 1994 ).

تم اختبار هذا النموذج عن طريق الحذف المستهدف لمنطقة 10 كيلو بايت على الفور 3 من E.α عنصر ، بما في ذلك معظم مواقع النظام المنسق المسؤولة عن نشاط LCR في الجينات المحورة (Hong وآخرون.، 1997 انظر أيضًا الشكل 1). ال الجدد r الجين في مكانه في الموضع المتحور. ربما لأن الحذف المستهدف أثر أيضًا على exon الثالث لجين متقارب ، وموجه عكسيًا ، DAD1 ، لا يمكن الحصول على حيوانات متماثلة اللواقح للطفرة. بدلاً من ذلك ، تم تزاوج الطفرات غير المتجانسة مع TCRα - / - (مومبايرتس وآخرون.، 1992a) أو TCRδ - / - (ايتوهارا وآخرون.، 1993) الفئران ، بحيث يمكن التعبير عن سلاسل TCR فقط من الأليل المتحور. لم يتم العثور على اختلاف في تطوير αβ و γδ الخلايا في الحيوانات ذات الطفرات المزدوجة سواء في الغدة الصعترية أو في المحيط عند مقارنتها بالفئران من النوع البري. علاوة على ذلك ، في الغدة الصعترية بأكملها ، التعبير عن TCR المستهدفα أليل كما تم قياسه بواسطة حماية RNase وقياس التدفق الخلوي لم يتأثر. يبدو أن النتيجة الوحيدة المحددة للطفرة هي انخفاض متواضع في عدد الخلايا التوتية الناضجة التي تعبر عن مستويات عالية من TCRα. أحد التفسيرات التي قدمها المؤلفون لشرح التأثير الطفيف لحذف LCR هو أن نسخ المتبقي الجدد قد يجعل الجين r الكروماتين في متناول آلة إعادة التركيب ، مما يؤثر على استبدال الوظيفة الطبيعية لـ LCR في TCR المستهدفα/δ المكان. على الرغم من أن هذا التفسير يتعارض مع التأثير المعتاد لإدراج الجدد r كاسيت على التعبير الجيني (Olson وآخرون., 1996 ), βنشاط -globin LCR (Kim وآخرون.، 1992) ، أو إعادة تركيب V (D) J (انظر سابقًا) ، فهو ليس خارج نطاق الاحتمال. على أي حال ، فإن مصداقية TCRα يتعرض LCR للخطر ما لم يمكن التحقق من هذه الفرضية عن طريق إزالة الكاسيت القابل للتحديد بعد الاستهداف.


رابطة الدول المستقلة- العناصر التنظيمية والتطور البشري

لطالما اعتبر تعديل تنظيم الجينات قوة مهمة في التطور البشري ، لا سيما من خلال التغييرات في رابطة الدول المستقلة- العناصر التنظيمية التي تعمل في تنظيم النسخ. لعقود ، ومع ذلك ، فإن دراسة رابطة الدول المستقلة- كان التطور التنظيمي محدودًا للغاية بسبب البيانات المتاحة. مجموعات البيانات الجديدة التي تصف مواقع الجينات والتباين الجيني داخل الأنواع وفيما بينها جعلت من الممكن الآن دراسة تطور العقاقير المصلية بشكل أكثر مباشرة على نطاق الجينوم. هنا ، نراجع الأبحاث الحديثة حول تطور البكتيريا المُعدية في البشر استنادًا إلى مجموعات البيانات الجينومية واسعة النطاق. نحن نأخذ في الاعتبار الاستنتاجات المستندة إلى اختلاف الرئيسيات ، وتعدد الأشكال البشرية ، ومجموعات الاختلاف وتعدد الأشكال. ثم نعتبر "حدودًا جديدة" في هذا المجال تنبع من الأبحاث الحديثة حول تنظيم النسخ.

العنوان الحالي: مركز سيمونز للبيولوجيا الكمية ، مختبر كولد سبرينغ هاربور ، كولد سبرينغ هاربور ، نيويورك 11724 ، الولايات المتحدة الأمريكية.


محتويات

تم وصف القمة العصبية لأول مرة في جنين الفرخ من قبل فيلهلم هيس الأب في عام 1868 على أنها "الحبل بين" (Zwischenstrang) بسبب أصلها بين الصفيحة العصبية والأديم الظاهر غير العصبي. [1] أطلق على قمة النسيج العقدية منذ أن كانت وجهتها النهائية هي كل جانب جانبي من الأنبوب العصبي حيث تمايزت إلى العقد الشوكية. [6] خلال النصف الأول من القرن العشرين ، تم إجراء غالبية الأبحاث حول القمة العصبية باستخدام أجنة البرمائيات والتي تمت مراجعتها من قبل Hörstadius (1950) في دراسة معروفة. [7]

طورت تقنيات وسم الخلايا مجال القمة العصبية لأنها سمحت للباحثين بتصور هجرة الأنسجة في جميع أنحاء الأجنة النامية. في الستينيات من القرن الماضي ، استخدم Weston و Chibon وضع العلامات بالنظائر المشعة للنواة مع thymidine tritiated في الدجاج والجنين البرمائي على التوالي. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة تعاني من عيوب الاستقرار ، حيث يتم تخفيف الإشارة في كل مرة تقسم فيها الخلية المصنفة. كما تم تطوير تقنيات وسم الخلايا الحديثة مثل ديكستران محلول الرودامين وصبغة حيوية لتمييز سلالات القمة العصبية بشكل عابر. [6]

كان نظام تعليم كتكوت السمان ، الذي ابتكرته نيكول لو دوارين في عام 1969 ، تقنية مفيدة أخرى مستخدمة لتتبع خلايا القمة العصبية. [8] [9] الكيميرا ، الذي تم إنشاؤه من خلال الزرع ، مكّن الباحثين من تمييز خلايا القمة العصبية لنوع واحد من الأنسجة المحيطة لنوع آخر. باستخدام هذه التقنية ، تمكنت أجيال من العلماء من تحديد ودراسة نشوء خلايا القمة العصبية بشكل موثوق.

يتم تضمين سلسلة من الأحداث الجزيئية في تحديد الخصائص المهاجرة ومتعددة القدرات لخلايا القمة العصبية. يمكن تقسيم شبكة تنظيم الجينات هذه إلى الشبكات الفرعية الأربع التالية الموضحة أدناه.

تحرير الإشارات الاستقرائية

أولاً ، جزيئات الإشارات خارج الخلية ، التي تفرز من البشرة المجاورة والأديم المتوسط ​​الأساسي مثل Wnts و BMPs و Fgfs تفصل الأديم الظاهر غير العصبي (البشرة) عن الصفيحة العصبية أثناء التحريض العصبي. [1] [4]

تم إثبات إشارات Wnt في تحريض القمة العصبية في العديد من الأنواع من خلال تجارب اكتساب الوظيفة وفقدان الوظيفة. بالتوافق مع هذه الملاحظة ، تحتوي منطقة المروج من سبيكة (جين خاص بالقمة العصبية) على موقع ربط لعوامل النسخ المشاركة في تنشيط الجينات المستهدفة المعتمدة على Wnt ، مما يوحي بالدور المباشر لإشارة Wnt في مواصفات القمة العصبية. [10]

يرتبط الدور الحالي لـ BMP في تكوين القمة العصبية بتحريض الصفيحة العصبية. تولد مضادات BMP المنتشرة من الأديم الظاهر تدرجًا لنشاط BMP. بهذه الطريقة ، تتشكل سلالة القمة العصبية من المستويات المتوسطة لإشارات BMP المطلوبة لتطوير الصفيحة العصبية (BMP منخفضة) والبشرة (BMP عالية). [1]

تم اقتراح Fgf من الأديم المتوسط ​​المجاور للمحور كمصدر للإشارة الحثية للقمة العصبية. لقد أثبت الباحثون أن التعبير عن مستقبلات Fgf السالبة في إإكسبلنتس الأديم الظاهر يعيق تحريض القمة العصبية عند إعادة دمجه مع الأديم المتوسط ​​المحوري. [11] لا يزال فهم دور مسارات BMP و Wnt و Fgf في تعبير محدد القمة العصبي غير مكتمل.

تعديل محددات حدود اللوحة العصبية

تؤدي أحداث الإشارات التي تحدد حدود اللوحة العصبية إلى التعبير عن مجموعة من عوامل النسخ المحددة هنا كمحددات حدود اللوحة العصبية. تتضمن هذه الجزيئات عوامل Zic و Pax3 / 7 و Dlx5 و Msx1 / 2 التي قد تتوسط تأثير Wnts و BMPs و Fgfs. يتم التعبير عن هذه الجينات على نطاق واسع في منطقة حدود الصفيحة العصبية وتسبق التعبير عن علامات القمة العصبية الحسنة النية. [4]

تضع الأدلة التجريبية عوامل النسخ هذه في مقدمة محددات القمة العصبية. على سبيل المثال ، في Xenopus يعد Msx1 ضروريًا وكافيًا للتعبير عن Slug و Snail و FoxD3. [12] علاوة على ذلك ، يعد Pax3 ضروريًا لتعبير FoxD3 في أجنة الفئران. [13]

تعديل محددات القمة العصبية

بعد التعبير عن محددات حدود اللوحة العصبية ، توجد مجموعة من الجينات بما في ذلك Slug / Snail و FoxD3 و Sox10 و Sox9 و AP-2 و c-Myc. هذه المجموعة من الجينات ، المعينة هنا كمحددات القمة العصبية ، يتم تنشيطها في خلايا القمة العصبية الناشئة. على الأقل في Xenopus ، كل محدد قمة عصبية ضروري و / أو كاف للتعبير عن جميع المحددات الأخرى ، مما يدل على وجود تنظيم متقاطع واسع النطاق. [4] علاوة على ذلك ، كان هذا الكائن الحي مفيدًا في توضيح دور مسار إشارات القنفذ في مواصفات القمة العصبية ، حيث لعب عامل النسخ Gli2 دورًا رئيسيًا. [14]

خارج الشبكة المنظمة بإحكام من محددات القمة العصبية هناك عاملا نسخ آخران هما Twist و Id. تويست ، عامل نسخ bHLH ، مطلوب لتمايز اللحمة المتوسطة لهياكل القوس البلعومي. [15] المعرّف هو هدف مباشر لـ c-Myc ومن المعروف أنه مهم للحفاظ على الخلايا الجذعية للقمة العصبية. [16]

تحرير جينات المؤثرات قمة العصبية

أخيرًا ، تعمل محددات القمة العصبية على التعبير عن جينات المستجيب ، والتي تمنح خصائص معينة مثل الهجرة وتعدد القدرات. اثنان من مستجيبات القمة العصبية ، رو GTPases و كاديرينز، وظيفة في التفريغ عن طريق تنظيم مورفولوجيا الخلية وخصائص اللاصق. ينظم Sox9 و Sox10 تمايز القمة العصبية عن طريق تنشيط العديد من المؤثرات الخاصة بنوع الخلية بما في ذلك Mitf و P0 و Cx32 و Trp و cKit. [4]

تتضمن هجرة خلايا القمة العصبية سلسلة متسلسلة عالية التنسيق من الأحداث تبدأ بإغلاق الأنبوب العصبي الظهري.

تحرير التفريغ

بعد اندماج الطية العصبية لإنشاء الأنبوب العصبي ، تصبح الخلايا الموجودة أصلاً في حدود اللوحة العصبية خلايا قمة عصبية. [17] لكي تبدأ الهجرة ، يجب أن تخضع خلايا القمة العصبية لعملية تسمى التفريغ والتي تتضمن انتقالًا كليًا أو جزئيًا للظهارة المتوسطة (EMT). [18] يتم تعريف التفريغ على أنه فصل الأنسجة إلى مجموعات سكانية مختلفة ، وفي هذه الحالة تنفصل خلايا القمة العصبية عن الأنسجة المحيطة. [19] بالمقابل ، EMT عبارة عن سلسلة من الأحداث التي تنسق التغيير من النمط الظاهري الظهاري إلى النمط الظاهري اللحمة المتوسطة. [18] على سبيل المثال ، يتم تحفيز التفريغ في أجنة الكتاكيت عن طريق سلسلة BMP / Wnt التي تحفز التعبير عن EMT المعزز لعوامل النسخ مثل SNAI2 و FoxD3. [19] على الرغم من أن جميع خلايا القشرة العصبية تخضع لـ EMT ، فإن توقيت التفريغ يحدث في مراحل مختلفة في الكائنات الحية المختلفة: في Xenopus laevis تحدث عملية تفريغ ضخمة للأجنة عندما لا تلتحم الصفيحة العصبية بالكامل ، بينما يحدث التفريغ في جنين الفرخ أثناء اندماج الطية العصبية. [19]

قبل التفريغ ، يتم تثبيت خلايا القمة العصبية المفترضة مبدئيًا بالخلايا المجاورة عن طريق بروتينات تقاطع محكمة مثل الإكلودين وجزيئات التصاق الخلايا مثل NCAM و N-كادرين. [20] تبدأ BMP المعبر عنها ظهرانيًا في التفريغ عن طريق تحفيز التعبير عن عوامل نسخ بروتين إصبع الزنك الحلزون ، البزاقة ، والتواء. [17] تلعب هذه العوامل دورًا مباشرًا في إحداث الانتقال الظهاري واللحمة المتوسطة عن طريق تقليل التعبير عن الإكلودين و N-Cadherin بالإضافة إلى تعزيز تعديل NCAMs مع بقايا حمض البوليسياليك لتقليل الالتصاق. [17] [21] تبدأ خلايا القمة العصبية أيضًا في التعبير عن البروتياز القادر على تحطيم الكادرينات مثل ADAM10 [22] وإفراز البروتينات المعدنية المصفوفة (MMPs) التي تحلل الصفيحة القاعدية العلوية للأنبوب العصبي للسماح لخلايا القمة العصبية بالهروب. [20] بالإضافة إلى ذلك ، تبدأ خلايا القمة العصبية في التعبير عن الإنتغرينات التي ترتبط ببروتينات المصفوفة خارج الخلية ، بما في ذلك الكولاجين والفيبرونكتين واللامينين أثناء الهجرة. [23] بمجرد أن تصبح الصفيحة القاعدية قابلة للاختراق ، يمكن لخلايا القمة العصبية أن تبدأ في الهجرة في جميع أنحاء الجنين.

تحرير الهجرة

تحدث هجرة خلايا القمة العصبية في اتجاه منقاري إلى ذيلية دون الحاجة إلى سقالة عصبية مثل الخلية الدبقية الشعاعية. لهذا السبب تسمى عملية ترحيل خلايا القمة "الهجرة الحرة". بدلاً من السقالات على الخلايا السلفية ، تكون هجرة القمة العصبية نتيجة للتوجيه البغيض عبر إشارات EphB / EphrinB وإشارات semaphorin / neuropilin ، والتفاعلات مع المصفوفة خارج الخلية ، وتثبيط الاتصال مع بعضها البعض. [17] في حين أن بروتينات إيفرين وإيف لها القدرة على الخضوع للإشارات ثنائية الاتجاه ، فإن تنافر خلايا القمة العصبية يستخدم في الغالب الإشارات الأمامية لبدء استجابة داخل خلية القمة العصبية الحاملة للمستقبل. [23] تظهر خلايا القمة العصبية الناشئة عن EphB ، وهو مستقبلات التيروزين كيناز ، الذي يربط رابط غشاء EphrinB المُعبَّر عنه في النصف الذيلي من كل جسدة. عندما يتفاعل هذان المجالان ، فإنه يتسبب في فسفرة التيروزين للمستقبلات ، وتفعيل قواعد rhoGTP ، وإعادة ترتيب الهيكل الخلوي في نهاية المطاف داخل خلايا القمة مما يؤدي إلى صدها. تسمح هذه الظاهرة لخلايا القمة العصبية بالمرور عبر الجزء المنقاري لكل جسيدة. [17]

تعمل إشارات السيمافورين - نيوروبيلين الطاردة بالتآزر مع إشارات EphB لتوجيه خلايا القمة العصبية أسفل النصف المنقاري للجسيدات في الفئران. في أجنة الكتاكيت ، يعمل السمافورين في منطقة الرأس لتوجيه خلايا القمة العصبية عبر الأقواس البلعومية. بالإضافة إلى الإشارات الطاردة للاشمئزاز ، تعبر خلايا القمة العصبية عن 1 و α4 إنتغرينات مما يسمح بالتفاعل المرتبط والموجه مع الكولاجين واللامينين والفيبرونيكتين للمصفوفة خارج الخلية أثناء سفرهم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن خلايا القمة لديها تثبيط جوهري للتلامس مع بعضها البعض بينما تغزو بحرية الأنسجة من أصل مختلف مثل الأديم المتوسط. [17] تتمايز خلايا القمة العصبية التي تهاجر عبر النصف المنقاري للجسيدات إلى عصبونات حسية ومتعاطفة في الجهاز العصبي المحيطي. الطريق الرئيسي الآخر الذي تسلكه خلايا القمة العصبية هو ظهراني بين البشرة و dermamyotome. تتمايز الخلايا المهاجرة عبر هذا المسار إلى خلايا صبغية للأدمة. مزيد من تمايز خلايا القمة العصبية والمواصفات في نوع الخلية النهائي الخاص بهم متحيز من خلال خضوعهم الزماني المكاني لإشارات مورفوجينية مثل BMP و Wnt و FGF و Hox و Notch. [20]

تنتج اعتلالات الأعصاب من المواصفات غير الطبيعية أو الهجرة أو التمايز أو موت خلايا القمة العصبية خلال التطور الجنيني. [24] [25] تتكون هذه المجموعة من الأمراض من مجموعة واسعة من التشوهات الخلقية التي تصيب العديد من الأطفال حديثي الولادة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تنشأ بسبب عيوب وراثية تؤثر على تكوين القمة العصبية وبسبب عمل Teratogens [26]

تعديل متلازمة Waardenburg

متلازمة Waardenburg هي اعتلال عصبي ناتج عن خلل في هجرة خلايا القمة العصبية. تشمل الخصائص الرئيسية للحالة مرض pebaldism والصمم الخلقي. في حالة pebaldism ، تنجم مناطق الجلد عديمة اللون عن الغياب التام للخلايا الصبغية المشتقة من القمة العصبية. [27] هناك أربعة أنواع مختلفة من متلازمة واردنبورغ ، ولكل منها سمات وراثية وفسيولوجية مميزة. يتم التمييز بين النوعين الأول والثاني بناءً على ما إذا كان أفراد عائلة الفرد المصاب مصابين بالديستوبيا كانثوروم أم لا. [28] النوع الثالث يسبب تشوهات في الأطراف العلوية. أخيرًا ، يُعرف النوع الرابع أيضًا باسم متلازمة Waardenburg-Shah ، ويعرض الأفراد المصابون متلازمة Waardenburg ومرض Hirschsprung. [29] النوعان الأول والثالث موروثان بطريقة جسمية سائدة ، [27] بينما يُظهر النوعان الثاني والرابع نمطًا وراثيًا وراثيًا متنحيًا. بشكل عام ، متلازمة Waardenburg نادرة ، مع حدوث

2 / 100،000 شخص في الولايات المتحدة. تتأثر جميع الأجناس والجنس بالتساوي. [27] لا يوجد علاج أو علاج حالي لمتلازمة واردنبورغ.

تحرير مرض هيرشسبرونج

يُعد مرض هيرشسبرونج (HD أو HSCR) متورطًا أيضًا في العيوب المتعلقة بتطور خلايا القمة العصبية وهجرتها ، والتي تتميز بنقص التعصيب في مناطق الأمعاء. يمكن أن يؤدي هذا النقص في التعصيب إلى مزيد من التشوهات الفسيولوجية مثل تضخم القولون (تضخم القولون) أو انسداد الأمعاء أو حتى تباطؤ النمو. في التطور الصحي ، تهاجر خلايا القمة العصبية إلى الأمعاء وتشكل العقد المعوية. الجينات التي تلعب دورًا في الهجرة الصحية لخلايا القمة العصبية هذه إلى القناة الهضمية تشمل RET و GDNF و GFRα و EDN3 و EDNRB. RET ، مستقبلات التيروزين كيناز (RTK) ، تشكل معقدًا مع GDNF و GFRα. ثم يتم تضمين EDN3 و EDNRB في نفس شبكة التشوير. عندما تتعطل هذه الإشارة في الفئران ، يحدث داء العقيدات أو نقص هذه العقد المعوية. [30]

تعديل اضطراب الطيف الكحولي للجنين

يعد التعرض للكحول قبل الولادة من أكثر الأسباب شيوعًا لعيوب النمو. [31] اعتمادًا على مدى التعرض وشدة التشوهات الناتجة ، يتم تشخيص المرضى ضمن سلسلة متصلة من الاضطرابات التي يطلق عليها على نطاق واسع اضطراب طيف الكحول الجنيني (FASD). يمكن أن يضعف FASD الشديد هجرة الذروة العصبية ، كما يتضح من التشوهات القحفية الوجهية المميزة بما في ذلك الشقوق الجفنية القصيرة ، والشفة العلوية الطويلة ، والنثرة الناعمة.ومع ذلك ، نظرًا للطبيعة المختلطة لربط الإيثانول ، فإن الآليات التي تنشأ من خلالها هذه التشوهات لا تزال غير واضحة. تُظهر زراعة الخلايا المستكشفة لخلايا القمة العصبية وكذلك أجنة الزرد النامية في الجسم الحي المعرضة للإيثانول عددًا أقل من الخلايا المهاجرة وانخفاض المسافات التي تقطعها خلايا القمة العصبية المهاجرة. الآليات الكامنة وراء هذه التغييرات ليست مفهومة جيدًا ، لكن الأدلة تشير إلى أن PAE يمكن أن يزيد موت الخلايا المبرمج بسبب زيادة مستويات الكالسيوم الخلوي الناجم عن إطلاق الكالسيوم بوساطة IP3 من المخازن داخل الخلايا. وقد اقترح أيضًا أن انخفاض قابلية خلايا القمة العصبية المعرضة للإيثانول ناتج عن زيادة الإجهاد التأكسدي. على الرغم من هذه التطورات وغيرها ، لا يزال هناك الكثير مما يجب اكتشافه حول كيفية تأثير الإيثانول على تطور القمة العصبية. على سبيل المثال ، يبدو أن الإيثانول يؤثر بشكل تفاضلي على خلايا قمة عصبية معينة عن الأخرى ، في حين أن التشوهات القحفية والوجهية شائعة في PAE ، يبدو أن الخلايا الصبغية المشتقة من القمة العصبية تتأثر بشكل طفيف. [32]

تحرير متلازمة دي جورج

ترتبط متلازمة دي جورج بحذف أو نقل جزء صغير من الكروموسوم البشري 22. قد يؤدي هذا الحذف إلى تعطيل هجرة الخلايا العصبية المنقارية أو تطورها. ترتبط بعض العيوب التي لوحظت بنظام الجيب البلعومي ، الذي يتلقى مساهمة من خلايا قمة المنقار المهاجرة. تشمل أعراض متلازمة دي جورج عيوب القلب الخلقية وعيوب الوجه وبعض الإعاقات العصبية والتعليمية. تم الإبلاغ أيضًا عن ارتفاع معدل الإصابة بالفصام والاضطراب ثنائي القطب لدى المرضى الذين يعانون من عمليات حذف 22q11. [33]

تحرير متلازمة تريشر كولينز

تنتج متلازمة تريشر كولينز (TCS) من التطور غير السليم للقوس البلعومي الأول والثاني خلال المرحلة الجنينية المبكرة ، مما يؤدي في النهاية إلى تشوهات الوجه في منتصف وأسفل الوجه. يحدث TCS بسبب طفرة خطأ في جين TCOF1 ، مما يتسبب في خضوع خلايا القمة العصبية للاستماتة أثناء التطور الجنيني. على الرغم من أن طفرات جين TCOF1 هي من بين أكثر الطفرات تميزًا في دورها في TCS ، فقد تم أيضًا ربط الطفرات في جينات POLR1C و POLR1D بإحداث TCS. [34]

تتطور خلايا القمة العصبية الناشئة من مواقع مختلفة على طول المحور الأمامي الخلفي إلى أنسجة مختلفة. يمكن تقسيم مناطق القمة العصبية هذه إلى أربعة مجالات وظيفية رئيسية ، والتي تشمل القمة العصبية القحفية ، والقمة العصبية للجذع ، والقمة العصبية المبهمة والعجزية ، والقمة العصبية القلبية.

قمة العصب القحفي تحرير

تهاجر القمة العصبية القحفية ظهريًا لتشكيل اللحمة المتوسطة القحفية الوجهية التي تتمايز في العقد القحفية المختلفة والغضاريف القحفية الوجهية والعظام. [21] تدخل هذه الخلايا الأكياس والأقواس البلعومية حيث تساهم في الغدة الصعترية وعظام الأذن الوسطى والفك والأرومات السنية لبداية السن. [35]

قمة الجذع العصبية تحرير

ينتج قمة الجذع العصبية مجموعتين من الخلايا. [36] مجموعة واحدة من الخلايا المقدر أن تصبح خلايا صباغية تهاجر ظهريًا إلى الأديم الظاهر باتجاه خط الوسط البطني. تهاجر مجموعة ثانية من الخلايا بطنيًا من خلال الجزء الأمامي من كل صلب. الخلايا التي تبقى في الصلبة تشكل العقد الجذرية الظهرية ، في حين أن الخلايا التي تستمر أكثر بطنيًا تشكل العقد الودي ، النخاع الكظري ، والأعصاب المحيطة بالشريان الأورطي. [35]

قمة العصب المبهم والعجزي تحرير

تتطور خلايا القمة العصبية المبهمة والعجزية إلى عقد الجهاز العصبي المعوي والعقد السمبتاوي. [35]

قمة القلب العصبية تحرير

تتطور القمة العصبية القلبية إلى الخلايا الصباغية والغضاريف والأنسجة الضامة والخلايا العصبية لبعض أقواس البلعوم. يؤدي هذا المجال أيضًا إلى ظهور مناطق من القلب مثل النسيج العضلي الضام للشرايين الكبيرة وجزء من الحاجز الذي يفصل الدورة الدموية الرئوية عن الشريان الأورطي. [35] ترتبط الصمامات الهلالية للقلب بخلايا القمة العصبية وفقًا لبحث جديد. [37]

تتشكل العديد من الهياكل التي تميز الفقاريات عن الحبليات الأخرى من مشتقات خلايا القمة العصبية. في نظرية "الرأس الجديد" ، يجادل جانز ونورثكوت بأن وجود القمة العصبية كان أساسًا لسمات محددة للفقاريات ، مثل العقد الحسية والهيكل العظمي القحفي. علاوة على ذلك ، كان ظهور هذه الميزات محوريًا في تطور الفقاريات لأنه أتاح نمط حياة مفترس. [38] [39]

ومع ذلك ، بالنظر إلى القمة العصبية ، فإن ابتكار الفقاريات لا يعني أنه نشأ من جديد. وبدلاً من ذلك ، غالبًا ما تنشأ هياكل جديدة من خلال تعديل البرامج التنظيمية التنموية القائمة. على سبيل المثال ، يمكن تغيير البرامج التنظيمية عن طريق الخيار المشترك لمنظمي المنبع الجدد أو عن طريق توظيف أهداف جينية جديدة في المراحل النهائية ، وبالتالي وضع الشبكات القائمة في سياق جديد. [40] [41] هذه الفكرة مدعومة ببيانات التهجين في الموقع والتي توضح الحفاظ على محددات حدود الصفيحة العصبية في البروتوكوردات ، مما يشير إلى أن جزءًا من شبكة السلائف العصبية كان موجودًا في سلف مشترك للحبليات. [5] في بعض الحبليات غير الفقارية مثل الزلاقات ، تم تحديد سلالة من الخلايا (الخلايا الصباغية) ، والتي تشبه خلايا القمة العصبية في الفقاريات. يشير هذا إلى وجود قمة عصبية بدائية في سلف مشترك للفقاريات والطلقات. [42]

Ectomesenchyme (المعروف أيضًا باسم الأديم المتوسط): [43] الأرومات السنية ، الحليمات السنية ، الغضروف القحفي (كبسولة أنفية ، غضروف ميكل ، العظم الصلبوي ، المربعي ، المفصلي ، اللامي وكولوميلا) ، الغضروف الرغامي والحنجرة ، الجلد القحفي (العظام الغشائية) ، الزعانف الظهرية والسلحفاة الفقاريات السفلية) ، الحوائط والعضلات الملساء للشرايين والأوردة الخيشومية ، أوتار عضلات العين والمضغ ، النسيج الضام لغدد الرأس والرقبة (الغدة النخامية ، اللعابية ، الدمعية ، الغدة الصعترية ، الغدة الدرقية)

خلايا الغدد الصماء: خلايا chromaffin في النخاع الكظري ، وخلايا الكبيبة من النوع الأول / الثاني.

الجهاز العصبي المحيطي: الخلايا العصبية الحسية والدبقية لعقد الجذر الظهرية ، والعقد الرأسية (السابع وجزئيًا ، الخامس ، والتاسع ، والعاشر) ، وخلايا روهون بيرد ، وبعض خلايا ميركل في الشارب ، [44] [45] الخلايا الدبقية الساتلية للجميع العقد اللاإرادية والحسية ، خلايا شوان لجميع الأعصاب الطرفية.

الخلايا الصبغية وعضلات القزحية والخلايا الصبغية، وحتى المرتبطة ببعض الأورام (مثل ورم الأديم الظاهر العصبي الميلاني للرضع).


محتويات

المعادن والسبائك غير المتشابهة لها إمكانات أقطاب مختلفة ، وعندما يتلامس اثنان أو أكثر في إلكتروليت ، يعمل أحد المعادن (الأكثر تفاعلًا) كقطب موجب والآخر (أقل تفاعلًا) ككاثود. إن فرق الجهد الكهربي بين التفاعلات عند القطبين هو القوة الدافعة لهجوم متسارع على معدن الأنود ، والذي يذوب في الإلكتروليت. يؤدي هذا إلى تآكل المعدن الموجود في الأنود بسرعة أكبر مما قد يؤدي إلى حدوث تآكل في القطب السالب. يعد وجود المنحل بالكهرباء ومسار توصيل كهربائي بين المعادن أمرًا ضروريًا لحدوث التآكل الجلفاني. يوفر المنحل بالكهرباء وسيلة لهجرة الأيونات حيث تتحرك الأيونات لمنع تراكم الشحنات التي من شأنها إيقاف التفاعل. إذا كان المنحل بالكهرباء يحتوي فقط على أيونات معدنية لا يتم اختزالها بسهولة (مثل Na + أو Ca 2+ أو K + أو Mg 2+ أو Zn 2+) ، فإن تفاعل الكاثود هو اختزال H + المذاب إلى H2 أو س2 إلى OH -. [1] [2] [3] [4]

في بعض الحالات ، يتم تشجيع هذا النوع من التفاعل عن قصد. على سبيل المثال ، عادةً ما تحتوي البطاريات المنزلية منخفضة التكلفة على خلايا الكربون والزنك. كجزء من دائرة مغلقة (مسار الإلكترون) ، يتآكل الزنك داخل الخلية بشكل تفضيلي (مسار الأيونات) كجزء أساسي من البطارية المنتجة للكهرباء. مثال آخر هو الحماية الكاثودية للهياكل المدفونة أو المغمورة وكذلك صهاريج تخزين الماء الساخن. في هذه الحالة ، تعمل الأنودات القربانية كجزء من زوج كلفاني ، مما يعزز تآكل الأنود ، مع حماية معدن الكاثود.

في حالات أخرى ، مثل المعادن المختلطة في الأنابيب (على سبيل المثال ، النحاس والحديد الزهر ومعادن الزهر الأخرى) ، سيساهم التآكل الجلفاني في تسريع تآكل أجزاء من النظام. يمكن حقن مثبطات التآكل مثل نتريت الصوديوم أو موليبدات الصوديوم في هذه الأنظمة لتقليل الجهد الجلفاني. ومع ذلك ، يجب مراقبة تطبيق مثبطات التآكل هذه عن كثب. إذا أدى تطبيق مثبطات التآكل إلى زيادة توصيل الماء داخل النظام ، فيمكن زيادة إمكانات التآكل الجلفاني بشكل كبير.

تعتبر الحموضة أو القلوية (pH) أيضًا من الاعتبارات الرئيسية فيما يتعلق بأنظمة الدوران ثنائية المعدن ذات الحلقة المغلقة. إذا كانت جرعات الأس الهيدروجيني ومنع التآكل غير صحيحة ، فسيتم تسريع التآكل الجلفاني. في معظم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) ، لا يعد استخدام الأنودات والكاثودات القربانية خيارًا ، حيث يلزم تطبيقها داخل أنابيب السباكة في النظام ، وبمرور الوقت ، قد تتآكل وتحرر الجسيمات التي يمكن أن تسبب ضررًا ميكانيكيًا محتملاً للمضخات الدورانية ، المبادلات الحرارية ، إلخ. [5]

مثال شائع للتآكل الجلفاني يحدث في الحديد المجلفن ، لوح من الحديد أو الفولاذ مغطى بطبقة من الزنك. حتى في حالة كسر طلاء الزنك الواقي ، لا يتعرض الفولاذ الأساسي للهجوم. بدلاً من ذلك ، يتآكل الزنك لأنه أقل "نبلاً" فقط بعد استهلاكه يمكن أن يحدث صدأ من المعدن الأساسي. على النقيض من ذلك ، مع علبة القصدير التقليدية ، يحدث عكس التأثير الوقائي: نظرًا لأن القصدير أكثر نبلاً من الفولاذ الأساسي ، عندما يتم كسر طلاء القصدير ، يتم مهاجمة الفولاذ الموجود تحته على الفور بشكل تفضيلي.

تمثال الحرية تحرير

حدث مثال مذهل للتآكل الجلفاني في تمثال الحرية عندما كشفت فحوصات الصيانة الدورية في الثمانينيات أن التآكل قد حدث بين الجلد النحاسي الخارجي وهيكل دعم الحديد المطاوع. على الرغم من أن المشكلة كانت متوقعة عندما تم بناء الهيكل من قبل Gustave Eiffel إلى تصميم Frédéric Bartholdi في ثمانينيات القرن التاسع عشر ، إلا أن الطبقة العازلة من اللك بين المعدنين قد فشلت مع مرور الوقت وأسفرت عن صدأ الدعامات الحديدية. تم إجراء تجديد شامل يتطلب تفكيكًا كاملاً للتمثال واستبدال العزل الأصلي بـ PTFE. كان الهيكل بعيدًا عن كونه غير آمن بسبب العدد الكبير من الاتصالات غير المتأثرة ، ولكن تم اعتباره تدبيرًا احترازيًا للحفاظ على رمز وطني للولايات المتحدة. [6]

البحرية الملكية و HMS إنذار يحرر

في القرن السابع عشر ، [ مشاكل وافق صموئيل بيبس (الذي شغل آنذاك منصب سكرتير الأميرالية) على إزالة غلاف الرصاص من سفن البحرية الملكية الإنجليزية لمنع التفكك الغامض لدفاتهم الحديدية ورؤوسهم ، على الرغم من أنه اعترف بنفسه محيرًا من سبب تسبب الصدارة في حدوث ذلك. تآكل. [7]

تكررت المشكلة عندما تم تغليف السفن بالنحاس لتقليل تراكم الأعشاب البحرية والحماية من دودة السفن. في تجربة ، حاولت البحرية الملكية في عام 1761 تركيب بدن الفرقاطة HMS إنذار مع طلاء نحاسي 12 أونصة. عند عودتها من رحلة إلى جزر الهند الغربية ، تبين أنه على الرغم من بقاء النحاس في حالة جيدة وقد ردع بالفعل دودة السفينة ، فقد انفصل أيضًا عن الهيكل الخشبي في العديد من الأماكن لأن المسامير الحديدية المستخدمة أثناء التثبيت "كانت وجدت مذابة في نوع من المعجون الصدئ ". [8] ولدهشة فرق التفتيش ، كانت بعض المسامير الحديدية غير تالفة تقريبًا. كشف الفحص الدقيق أن الورق البني المقاوم للماء المحاصر تحت رأس الظفر قد قام عن غير قصد بحماية بعض المسامير: "حيث كان هذا الغطاء مثاليًا ، تم الحفاظ على الحديد من الإصابة". تم تسليم الغلاف النحاسي إلى حوض بناء السفن ملفوفًا بالورق والذي لم يتم إزالته دائمًا قبل تثبيت الألواح على الهيكل. وبالتالي ، فإن الاستنتاج الذي تم الإبلاغ عنه إلى الأميرالية في عام 1763 هو أنه لا ينبغي السماح للحديد بالاتصال المباشر بالنحاس في مياه البحر. [9] [10]

سفينة قتالية ساحلية تابعة للبحرية الأمريكية استقلال يحرر

تم الإبلاغ عن تآكل جلفاني خطير في أحدث هجوم للبحرية الأمريكية على السفينة القتالية الساحلية USS استقلال بسبب أنظمة الدفع النفاثة المائية الفولاذية الملحقة بهيكل من الألومنيوم. بدون عزل كهربائي بين الفولاذ والألمنيوم ، يعمل الهيكل المصنوع من الألومنيوم كقطب موجب للفولاذ المقاوم للصدأ ، مما يؤدي إلى تآكل جلفاني شديد. [11]

تآكل تركيبات الإضاءة تحرير

كشف السقوط غير المتوقع في عام 2011 لمصباح خفيف ثقيل من سقف نفق المركبات Big Dig في بوسطن أن التآكل قد أضعف دعمه. تسبب الاستخدام غير السليم للألمنيوم عند ملامسته للفولاذ المقاوم للصدأ في حدوث تآكل سريع في وجود الماء المالح. [12] يتراوح فرق الجهد الكهروكيميائي بين الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم من 0.5 إلى 1.0 فولت ، اعتمادًا على السبائك الدقيقة المعنية ، ويمكن أن يسبب تآكلًا كبيرًا في غضون أشهر في ظل ظروف غير مواتية. وسيتعين استبدال آلاف المصابيح المتعطلة بتكلفة تقديرية تبلغ 54 مليون دولار. [13]

تحرير خلية اللازانيا

يتم إنتاج "خلية اللازانيا" عن طريق الخطأ عندما يتم تخزين الأطعمة المالحة الرطبة مثل اللازانيا في صينية خبز فولاذية ومغطاة بورق الألمنيوم. بعد بضع ساعات ، يُحدث الرقاقة ثقوبًا صغيرة حيث تلامس اللازانيا ، ويصبح سطح الطعام مغطى ببقع صغيرة مكونة من الألومنيوم المتآكل. [14] في هذا المثال ، الطعام المالح (اللازانيا) عبارة عن إلكتروليت ، ورقائق الألمنيوم هو القطب الموجب ، والوعاء الفولاذي هو القطب السالب. إذا لامست رقائق الألومنيوم المنحل بالكهرباء إلا في مناطق صغيرة ، يتركز التآكل الجلفاني ، ويمكن أن يحدث التآكل بسرعة إلى حد ما. إذا لم يتم استخدام رقائق الألومنيوم مع حاوية معدنية غير متشابهة ، فمن المحتمل أن يكون التفاعل عبارة عن تفاعل كيميائي. من الممكن أن تتسبب التركيزات الثقيلة من الملح أو الخل أو بعض المركبات الحمضية الأخرى في تفكك الرقاقة. ناتج أي من هذه التفاعلات هو ملح الألومنيوم. لا يضر الطعام ، لكن أي رواسب قد تضفي نكهة ولونًا غير مرغوب فيهما. [15]

تحرير التنظيف الالكتروليتي

الأسلوب الشائع لتنظيف الأواني الفضية عن طريق غمر الفضة أو الفضة الإسترلينية (أو حتى الأشياء المطلية بالفضة فقط) وقطعة من الألومنيوم (يُفضل الرقائق نظرًا لمساحة سطحها الأكبر بكثير من تلك الموجودة في السبائك ، على الرغم من أن الرقاقة تحتوي على " الوجه غير اللاصق ، يجب إزالته باستخدام الصوف الصلب أولاً) في حمام إلكتروليتي ساخن (يتكون عادةً من الماء وبيكربونات الصوديوم ، أي صودا الخبز المنزلية) هو مثال على التآكل الجلفاني. تصبح الفضة داكنة وتتآكل في وجود جزيئات الكبريت المحمولة في الهواء ، ويتآكل النحاس الموجود في الفضة الإسترليني في ظل ظروف مختلفة. يمكن إزالة طبقات التآكل هذه إلى حد كبير من خلال الاختزال الكهروكيميائي لجزيئات كبريتيد الفضة: إن وجود الألومنيوم (وهو أقل نبلاً من الفضة أو النحاس) في حمام بيكربونات الصوديوم يزيل ذرات الكبريت من كبريتيد الفضة وينقلها إلى وبالتالي يؤدي إلى تآكل قطعة رقائق الألومنيوم (معدن أكثر تفاعلًا) ، تاركًا وراءه عنصر الفضة. لا تضيع الفضة في هذه العملية. [16]

هناك عدة طرق لتقليل ومنع هذا النوع من التآكل.

  • اعزل المعدنين كهربائياً عن بعضهما البعض. إذا لم تكن في اتصال كهربائي ، فلن يحدث أي اقتران كلفاني. يمكن تحقيق ذلك باستخدام مواد غير موصلة بين معادن ذات جهد كهربائي مختلف. يمكن عزل الأنابيب باستخدام بكرة أنابيب مصنوعة من مواد بلاستيكية ، أو مصنوعة من مادة معدنية مطلية داخليًا أو مبطنة. من المهم أن تكون البكرة بطول كافٍ لتكون فعالة. لأسباب تتعلق بالسلامة ، لا ينبغي محاولة ذلك في حالة استخدام نظام التأريض الكهربائي للأنابيب لأرضه أو عندما يكون لديه ترابط متساوي الجهد.
  • عادةً ما يتعين على القوارب المعدنية المتصلة بتغذية الطاقة الكهربائية لخط الشاطئ توصيل بدنها بالأرض لأسباب تتعلق بالسلامة. ومع ذلك ، من المحتمل أن تكون نهاية التوصيل الأرضي عبارة عن قضيب نحاسي مدفون داخل المرسى ، مما ينتج عنه "بطارية" من الصلب والنحاس تبلغ حوالي 0.5 فولت. بالتوازي مع اثنين من الثنائيات في الاتجاه المعاكس (عكس الموازاة). هذا يمنع أي تيار أثناء الجهد المطبق أقل من 1.4 فولت (أي 0.7 فولت لكل صمام ثنائي) ، ولكنه يسمح بتيار كامل في حالة حدوث عطل كهربائي. سيظل هناك تسرب طفيف للغاية للتيار من خلال الثنائيات ، مما قد يؤدي إلى تآكل أسرع قليلاً من المعتاد.
  • تأكد من عدم وجود اتصال مع المنحل بالكهرباء. يمكن القيام بذلك باستخدام مركبات مقاومة للماء مثل الشحوم ، أو عن طريق طلاء المعادن بطبقة واقية غير منفذة ، مثل الطلاء أو الورنيش أو البلاستيك المناسب. إذا لم يكن من الممكن طلاء كليهما ، فيجب تطبيق الطلاء على المادة الأكثر نبلاً ، وهي المادة ذات الإمكانات الأعلى. يُنصح بهذا لأنه إذا تم تطبيق الطلاء فقط على المادة الأكثر نشاطًا ، في حالة حدوث تلف للطلاء ، ستكون هناك منطقة كاثود كبيرة ومنطقة أنود صغيرة جدًا ، وبالنسبة للمنطقة الأنودية المكشوفة ، سيكون معدل التآكل مرتفعًا في المقابل .
  • استخدام معجون مضاد للأكسدة مفيد في منع التآكل بين التوصيلات الكهربائية المصنوعة من النحاس والألومنيوم. يتكون المعجون من معدن أقل نبلًا من الألومنيوم أو النحاس.
  • اختر المعادن التي لها نفس القدرات الكهربية. كلما كانت الإمكانات الفردية متطابقة بشكل أكبر ، كلما كان فرق الجهد أصغر وبالتالي كلما كان التيار الكلفاني أصغر. يعد استخدام نفس المعدن لجميع الإنشاءات أسهل طريقة لمطابقة الإمكانات. أو طلاء آخر يمكن أن يساعد أيضًا. هذا يميل إلى استخدام المزيد من المعادن النبيلة التي تقاوم التآكل بشكل أفضل. يمكن استخدام كل من الكروم والنيكل والفضة والذهب. الجلفنة بالزنك تحمي المعدن الأساسي الصلب عن طريق عمل أنوديك ذبيحي. يستخدم واحدًا أو أكثر من الأنودات القربانية المصنوعة من معدن يكون أكثر نشاطًا من المعدن المحمي. تشتمل سبائك المعادن التي يشيع استخدامها في الأنودات القربانية على الزنك والمغنيسيوم والألمنيوم. هذا النهج شائع في سخانات المياه والعديد من الهياكل المعدنية المدفونة أو المغمورة.
  • يمكن أيضًا تطبيق الحماية الكاثودية عن طريق توصيل مصدر تيار كهربائي مباشر (DC) لمقاومة التيار الكلفاني المتآكل. (انظر الحماية الكاثودية § CP التيار المسلط).

يمكن تصنيف جميع المعادن في سلسلة كلفانية تمثل الإمكانات الكهربائية التي تطورها في إلكتروليت معين مقابل قطب مرجعي قياسي. يعطي الموضع النسبي لمعدنين في مثل هذه السلسلة مؤشرًا جيدًا على المعدن الأكثر عرضة للتآكل بسرعة أكبر. ومع ذلك ، يمكن أن تؤثر العوامل الأخرى مثل تهوية المياه ومعدل التدفق على معدل العملية بشكل ملحوظ.

يمكن توقع توافق معدنين مختلفين من خلال النظر في مؤشر انوديك. هذه المعلمة هي مقياس للجهد الكهروكيميائي الذي سيتم تطويره بين المعدن والذهب.للعثور على الجهد النسبي لزوج من المعادن ، يلزم فقط طرح مؤشرات الأنوديك الخاصة بهم. [17]

لتقليل التآكل الجلفاني للمعادن المخزنة في البيئات العادية مثل التخزين في المستودعات أو البيئات التي لا تخضع للتحكم في درجة الحرارة والرطوبة ، يجب ألا يكون هناك فرق أكثر من 0.25 فولت في مؤشر انوديك للمعادن المتلامسة. بالنسبة للبيئات التي يتم التحكم فيها والتي يتم فيها التحكم في درجة الحرارة والرطوبة ، يمكن تحمل 0.50 فولت. بالنسبة للبيئات القاسية مثل الأماكن الخارجية ، والرطوبة العالية ، والبيئات المالحة ، يجب ألا يكون هناك فرق أكثر من 0.15 فولت في مؤشر الانوديك. على سبيل المثال: يكون الفرق بين الذهب والفضة 0.15 فولت ، وبالتالي لن يتعرض المعدنان للتآكل بشكل كبير حتى في البيئات القاسية. [18] [ الصفحة المطلوبة ]

عندما تتطلب اعتبارات التصميم أن تتلامس المعادن غير المتشابهة ، غالبًا ما تتم إدارة الفرق في مؤشر الأنوديك من خلال التشطيبات والطلاء. يسمح التشطيب والطلاء المحدد بتلامس المواد غير المتشابهة ، مع حماية المزيد من المواد الأساسية من التآكل بسبب النبلاء. [18] [ الصفحة المطلوبة ] سيكون دائمًا المعدن الذي يحتوي على مؤشر انوديك الأكثر سلبية والذي سيعاني في النهاية من التآكل عندما يكون عدم التوافق الجلفاني قيد التشغيل. هذا هو السبب في أنه لا ينبغي أبدًا وضع أدوات المائدة المصنوعة من الفضة الإسترليني والفولاذ المقاوم للصدأ معًا في غسالة الصحون في نفس الوقت ، حيث من المحتمل أن تتعرض العناصر الفولاذية للتآكل بنهاية الدورة (الصابون والماء كانا بمثابة إلكتروليت كيميائي ، والحرارة تسريع العملية).


محتويات

كان هناك اهتمام كبير في تحديد الآليات التي تحكم زيادة سماكة طبقة الأكسيد بمرور الوقت. بعض العوامل المهمة هي حجم الأكسيد بالنسبة لحجم المعدن الأم ، وآلية انتشار الأكسجين من خلال أكسيد الفلز إلى المعدن الأصلي ، والإمكانات الكيميائية النسبية للأكسيد. تشكل الحدود بين الحبيبات الدقيقة ، إذا كانت طبقة الأكسيد بلورية ، مسارًا مهمًا للأكسجين للوصول إلى المعدن غير المؤكسد أدناه. لهذا السبب ، يمكن لطلاءات الأكسيد الزجاجي - التي تفتقر إلى حدود الحبوب - أن تؤخر الأكسدة. [9] تم تسجيل الشروط الضرورية ، ولكنها غير كافية للتخميل في مخططات بوربايكس. تساعد بعض مثبطات التآكل في تكوين طبقة تخميل على سطح المعادن التي يتم تطبيقها عليها. تشكل بعض المركبات المذابة في المحاليل (كرومات وموليبدات) أغشية غير تفاعلية ومنخفضة الذوبان على الأسطح المعدنية.

تحرير الاكتشاف

في منتصف القرن التاسع عشر ، اكتشف كريستيان فريدريش شونباين أنه عند وضع قطعة من الحديد في حمض النيتريك المخفف ، فإنها ستذوب وتنتج الهيدروجين ، ولكن إذا تم وضع الحديد في حمض النيتريك المركز ثم عاد إلى حمض النيتريك المخفف ، قليلًا أو لن يحدث أي رد فعل. أطلق شونباين على الحالة الأولى الحالة النشطة والثانية الحالة السلبية. إذا تم لمس الحديد السلبي بواسطة الحديد النشط ، فإنه يصبح نشطًا مرة أخرى. في عام 1920 ، قام Ralph S. Lillie بقياس تأثير قطعة حديد نشطة تلامس سلكًا حديديًا سلبيًا ووجد أن "موجة التنشيط تكتسح بسرعة (حوالي مائة سنتيمتر في الثانية) على طولها بالكامل". [10] [11]

تحرير التخميل السطحي

تم تطوير عملية التخميل السطحي ، والمعروفة أيضًا باسم تقنية التخميل عطا الله ، من قبل محمد م. عطا الله في معامل بيل للهاتف (BTL) في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي. [6] [13] في عام 1955 ، اكتشف كارل فروش ولينكولن ديريك في Bell Telephone Laboratories (BTL) بالصدفة أن ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) على السيليكون. لقد أظهروا أن طبقة الأكسيد منعت بعض المواد المشبعة في رقاقة السيليكون ، بينما سمحت للآخرين ، وبالتالي اكتشفوا تأثير التخميل للأكسدة على سطح أشباه الموصلات. [14] في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، اكتشف عطا الله أيضًا أن تكوين SiO المزروع حرارياً2 قللت الطبقة بشكل كبير من تركيز الحالات الإلكترونية على سطح السيليكون ، [13] واكتشفت جودة SiO المهمة2 أغشية للحفاظ على الخصائص الكهربائية لتقاطعات p-n ومنع هذه الخصائص الكهربائية من التدهور بسبب البيئة المحيطة الغازية. [15] وجد أنه يمكن استخدام طبقات أكسيد السيليكون لتثبيت أسطح السيليكون كهربائيًا. [16] تمكن كل من J.R. Ligenza و W.G. Spitzer ، الذين درسوا آلية الأكاسيد المزروعة حرارياً ، من تصنيع Si / SiO عالي الجودة2 مكدس ، مع استفادة عطا الله وكانج من النتائج التي توصلوا إليها. [17] [18] [19] طور عطاالله عملية التخميل السطحي ، وهي طريقة جديدة لتصنيع جهاز أشباه الموصلات التي تتضمن طلاء رقاقة سيليكون بطبقة عازلة من أكسيد السيليكون بحيث يمكن للكهرباء اختراق السيليكون الموصل أدناه بشكل موثوق. من خلال زراعة طبقة من ثاني أكسيد السيليكون فوق رقاقة السيليكون ، تمكن عطا الله من التغلب على الحالات السطحية التي حالت دون وصول الكهرباء إلى الطبقة شبه الموصلة. [6] [7] بالنسبة لعملية التخميل السطحي ، طور طريقة الأكسدة الحرارية ، والتي كانت طفرة في تكنولوجيا أشباه الموصلات السيليكونية. [20]

قبل تطوير رقائق الدوائر المتكاملة ، أظهرت الثنائيات والترانزستورات المنفصلة تسريبات تقاطع انحياز عكسي عالية نسبيًا وجهد انهيار منخفض ، ناتج عن الكثافة الكبيرة للمصائد على سطح السيليكون البلوري الأحادي. أصبحت عملية التخميل السطحي لأتالا هي الحل لهذه المشكلة. اكتشف أنه عندما نمت طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح السيليكون حيث يعترض تقاطع ap-n السطح ، تم تقليل تيار التسرب في التقاطع بعامل من 10 إلى 100. أظهر هذا أن الأكسيد ينخفض ​​ويستقر العديد من الفخاخ الواجهة وأكسيد. سمح التخميل بأكسيد أسطح السيليكون بتصنيع الثنائيات والترانزستورات بخصائص جهاز محسّنة بشكل كبير ، بينما تم أيضًا إغلاق مسار التسرب على طول سطح السيليكون بشكل فعال. أصبحت هذه إحدى قدرات العزل الأساسية اللازمة للتكنولوجيا المستوية ورقائق الدوائر المتكاملة. [21]

نشر أتالا نتائجه لأول مرة في مذكرات BTL خلال عام 1957 ، قبل عرض عمله في اجتماع جمعية الكيمياء الكهربية في عام 1958. [22] [23] وفي نفس العام ، أجرى مزيدًا من التحسينات على العملية مع زملائه إي. Scheibner ، قبل أن ينشروا نتائجهم في مايو 1959. [24] [25] وفقًا لمهندس Fairchild Semiconductor Chih-Tang Sah ، فإن عملية التخميل السطحي التي طورها فريق Atalla أدت إلى تطوير دائرة السيليكون المتكاملة . [21] [24] كانت طريقة التخميل السطحي لأتالا أساسًا للعديد من الاختراعات المهمة في عام 1959: MOSFET (ترانزستور MOS) من قبل أتالا وداون كاهنج في مختبرات بيل ، والعملية المستوية بواسطة جان هورني في فيرتشايلد أشباه الموصلات ، والدائرة المتكاملة المتجانسة رقاقة بواسطة روبرت نويس في فيرتشايلد في عام 1959. [22] [23] [21] [24] بحلول منتصف الستينيات ، تم استخدام عملية أتالا لأسطح السيليكون المؤكسد لتصنيع جميع الدوائر المتكاملة وأجهزة السيليكون تقريبًا. [26]

في تكنولوجيا الخلايا الشمسية ، التخميل السطحي أمر بالغ الأهمية لكفاءة الخلايا الشمسية. [27] في تقنية النقطة الكمية الكربونية (CQD) ، النقط الكمية الغروانية عبارة عن جسيمات نانوية كربونية صغيرة (حجمها أقل من 10 نانومتر) مع شكل من أشكال تخميل السطح. [28] [29] [30]

تحرير الألومنيوم

يشكل الألمنيوم بشكل طبيعي طبقة سطحية رقيقة من أكسيد الألومنيوم عند ملامسته للأكسجين في الغلاف الجوي من خلال عملية تسمى الأكسدة ، والتي تخلق حاجزًا ماديًا للتآكل أو المزيد من الأكسدة في العديد من البيئات. ومع ذلك ، فإن بعض سبائك الألومنيوم لا تشكل طبقة الأكسيد جيدًا ، وبالتالي فهي غير محمية من التآكل. هناك طرق لتحسين تكوين طبقة الأكسيد لسبائك معينة. على سبيل المثال ، قبل تخزين بيروكسيد الهيدروجين في حاوية ألومنيوم ، يمكن تخميل الحاوية عن طريق شطفها بمحلول مخفف من حمض النيتريك وبيروكسيد بالتناوب مع الماء منزوع الأيونات. يتأكسد خليط حمض النيتريك والبيروكسيد ويذوب أي شوائب على السطح الداخلي للحاوية ، ويقوم الماء منزوع الأيونات بشطف الحمض والشوائب المؤكسدة. [31]

بشكل عام ، هناك طريقتان رئيسيتان لتخميل سبائك الألومنيوم (بدون احتساب الطلاء ، والطلاء ، وطلاءات الحاجز الأخرى): طلاء تحويل الكرومات والأنودة. Alclading ، الذي يربط معدنيًا طبقات رقيقة من الألمنيوم النقي أو سبيكة مع سبائك الألومنيوم الأساسية المختلفة ، لا يعد تخميلًا صارمًا للـ يتمركز سبيكة. ومع ذلك ، فإن طبقة الألمنيوم المغطاة مصممة لتطوير طبقة الأكسيد تلقائيًا وبالتالي حماية سبيكة القاعدة.

يحول طلاء تحويل الكرومات سطح الألومنيوم إلى طلاء كرومات الألومنيوم في نطاق 0.00001 - 0.00004 بوصة (250-1000 نانومتر) في السماكة. طلاء تحويل كرومات الألومنيوم غير متبلور في الهيكل مع تركيبة شبيهة بالهلام رطب بالماء. [32] تحويل الكرومات هو طريقة شائعة لتخميد ليس فقط الألمنيوم ، ولكن أيضًا الزنك والكادميوم والنحاس والفضة والمغنيسيوم وسبائك القصدير.

الأنودة هي عملية إلكتروليتية تشكل طبقة أكسيد أكثر سمكًا. يتكون الطلاء الأنوديك من أكسيد الألومنيوم المائي ويعتبر مقاومًا للتآكل والتآكل. [33] هذه النهاية أكثر قوة من العمليات الأخرى وتوفر أيضًا عزلًا كهربائيًا ، وهو ما قد لا تفعله العمليتان الأخريان.

المواد الحديدية تحرير

يمكن حماية المواد الحديدية ، بما في ذلك الفولاذ ، إلى حد ما عن طريق تعزيز الأكسدة ("الصدأ") ثم تحويل الأكسدة إلى معدن فوسفات باستخدام حمض الفوسفوريك وحمايتها بشكل أكبر بواسطة طلاء السطح. نظرًا لأن السطح غير المطلي قابل للذوبان في الماء ، فإن الطريقة المفضلة هي تكوين مركبات المنجنيز أو الزنك من خلال عملية تُعرف باسم باركيرزينج أو تحويل الفوسفات. تضمنت طلاءات التحويل الكهروكيميائية الأقدم والأقل فاعلية ولكنها متشابهة كيميائيًا المؤكسد الأسود ، المعروف تاريخيًا باسم الصبغ أو اللون البني. يشكل الفولاذ العادي طبقة تخميل في البيئات القلوية ، كما يفعل قضيب التسليح في الخرسانة.

تحرير الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ مقاوم للتآكل ، لكنه ليس منيعًا تمامًا على الصدأ. أحد الأساليب الشائعة للتآكل في الفولاذ المقاوم للتآكل هو عندما تبدأ البقع الصغيرة على السطح في الصدأ لأن حدود الحبوب أو الأجزاء المدمجة من المواد الغريبة (مثل طحن الحشائش) تسمح لجزيئات الماء بأكسدة بعض الحديد في تلك البقع على الرغم من صناعة السبائك الكروم. هذا يسمى الشفتين. بعض درجات الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة بشكل خاص للأجزاء الخشنة المصنوعة منها وبالتالي قد تتخلى عن أي خطوة تخميل ، اعتمادًا على القرارات الهندسية. [34]

من بين جميع المواصفات والأنواع المختلفة الخطوات التالية: قبل التخميل ، يجب تنظيف الكائن من أي ملوثات ويجب أن يخضع عمومًا لاختبار التحقق من الصحة لإثبات أن السطح "نظيف". ثم يتم وضع الجسم في حمام تخميل حمضي يلبي درجة الحرارة والمتطلبات الكيميائية للطريقة والنوع المحدد بين العميل والبائع. بينما يستخدم حمض النيتريك بشكل شائع كحمض تخميل للفولاذ المقاوم للصدأ ، فإن حمض الستريك يكتسب شعبية لأنه أقل خطورة بكثير في التعامل معه ، وأقل سمية ، وقابلية للتحلل البيولوجي ، مما يجعل التخلص منه أقل صعوبة. [35] درجات الحرارة الخاملة يمكن أن تتراوح من 60 درجة مئوية ، أو 140 درجة فهرنهايت ، في حين أن الحد الأدنى من أوقات التخميل عادة ما يكون من 20 إلى 30 دقيقة. بعد التخميل ، يتم تحييد الأجزاء باستخدام حمام بهيدروكسيد الصوديوم المائي ، ثم شطفها بالماء النظيف وتجفيفها. يتم التحقق من صحة السطح الخامل باستخدام الرطوبة ، أو درجة الحرارة المرتفعة ، أو عامل الصدأ (رذاذ الملح) ، أو مزيج من الثلاثة .. [36] تزيل عملية التخميل الحديد الخارجي ، [37] تنشئ / تستعيد طبقة أكسيد سلبية تمنع المزيد الأكسدة (الصدأ) وتنظيف أجزاء الأوساخ والقشور أو غيرها من المركبات الناتجة عن اللحام (مثل الأكاسيد). [37] [38]

يتم التحكم في عمليات التخميل بشكل عام من خلال معايير الصناعة ، وأكثرها انتشارًا اليوم هو ASTM A 967 و AMS 2700. تسرد هذه المعايير الصناعية بشكل عام العديد من عمليات التخميل التي يمكن استخدامها ، مع اختيار طريقة معينة متروكة للعميل والبائع. "الطريقة" هي إما حمام تخميل قائم على حمض النيتريك ، أو حمام قائم على حامض الستريك ، تزيل هذه الأحماض الحديد السطحي والصدأ ، بينما تحافظ على الكروم. تشير الأنواع المختلفة المدرجة تحت كل طريقة إلى الاختلافات في درجة حرارة الحمام الحمضي وتركيزه. غالبًا ما يكون ثنائي كرومات الصوديوم مطلوبًا كمادة مضافة لأكسدة الكروم في "أنواع" معينة من حمامات حمض النيتريك ، إلا أن هذه المادة الكيميائية شديدة السمية. باستخدام حامض الستريك ، يتم ببساطة شطف الجزء وتجفيفه والسماح للهواء بأكسدته ، أو في بعض الحالات تطبيق مواد كيميائية أخرى ، لأداء تخميل السطح.

ليس من غير المألوف أن يكون لدى بعض مصنعي الفضاء إرشادات ولوائح إضافية عند تخميل منتجاتهم التي تتجاوز المعايير الوطنية. في كثير من الأحيان ، سيتم تسلسل هذه المتطلبات باستخدام Nadcap أو بعض أنظمة الاعتماد الأخرى. تتوفر طرق اختبار مختلفة لتحديد التخميل (أو الحالة السلبية) للفولاذ المقاوم للصدأ. أكثر الطرق شيوعًا للتحقق من سلبية جزء ما هي مزيج من الرطوبة العالية والحرارة لفترة من الوقت ، بهدف إحداث الصدأ. يمكن أيضًا استخدام أجهزة الاختبار الكهروميكانيكية للتحقق من التخميل تجاريًا.

تحرير النيكل

يمكن استخدام النيكل لمناولة عنصر الفلور ، بسبب تكوين طبقة تخميل من فلوريد النيكل. هذه الحقيقة مفيدة في معالجة المياه وتطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي.

تحرير السيليكون

في مجال الإلكترونيات الدقيقة والخلايا الكهروضوئية ، عادة ما يتم تنفيذ التخميل عن طريق الأكسدة لطلاء ثاني أكسيد السيليكون. يتراوح تأثير التخميل على كفاءة الخلايا الشمسية من 3-7٪. يتأثر التخميل بالأكسدة الحرارية عند 1000 درجة مئوية. مقاومة السطح عالية ، & gt 100 cm. [39]


أساليب

زراعة الخلايا

تم استخدام خلايا K562 و HeLa و HEK293 من أجل تعداء عابر لفحص أنشطة المحسن في اختبار DLR. تمت زراعة خلايا K562 في RPMI1640 Medium (Gibco) مع 10 ٪ من مصل بقري جنيني (Hyclone) والبنسلين (100 U / ml) - ستربتومايسين (0.1 مجم / مل) (Invitrogen) ، وزرعت خلايا HeLa و HEK293 في نسر Dulbecco المعدل. متوسط ​​(جيبكو) يحتوي على 10٪ مصل بقري جنيني (Hyclone) والبنسلين (100 وحدة / مل) -ستربتومايسين (0.1 مجم / مل) (Invitrogen). تم الحفاظ على جميع الخلايا عند 37 درجة مئوية مع 5 ٪ من ثاني أكسيد الكربون2 في حاضنة مرطبة.

تسلسل النسخ وتحليل التعبير الجيني

تم تصميم mRNA-seq في الأصل لاستكشاف النسخ الديناميكية أثناء التمايز والتطور لدى الكريات الحمر البشرية (Yang Y و Wang H و Chang KH و Qu H و Zhang Z و Xiong Q و Qi H و Cui P و Lin Q و Ruan X و وآخرون: ديناميات النسخ أثناء تمايز الكريات الحمر وتطورها ، مقدمة). باختصار ، قمنا باستخراج الحمض النووي الريبي الكلي من HESC و ESER و FLER و PBER ، واستنفدنا 18S و 28S الريبوسوم RNAs قبل إنشاء مكتبات (كدنا). بعد ذلك ، استخدمنا نظام ABI SOLiD لإجراء تسلسل ربط متوازي على نطاق واسع وقمنا بتعيين تسلسل القراءات إلى التسلسل المرجعي البشري [إصدار مارس 2006 (NCBI36 / hg18)]. تم حساب شدة التعبير الجيني عن طريق تطبيع عدد القراءة إلى RPKM وفقًا لطول الجين والقراءات الإجمالية المعينة ، وتمت إزالة الجينات باستخدام RPKM & lt 0.01.

الوقت الحقيقي الكمي PCR

تم استخراج إجمالي الحمض النووي الريبي من خلايا HESC و ESER و FLER و PBER باستخدام TRIZOL® Reagent (Invitrogen ، 15596–018) وتمت إزالة تلوث الحمض النووي باستخدام TURBO DNA-free ™ Kit (Ambion ، AM1907). تم نسخ الحمض النووي الريبي الخالي من الحمض النووي باستخدام مجموعة توليف RevertAid First Strand (كدنا) (Thermo Scientific ، K1622) وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة. تم تصميم الاشعال باستخدام Primer 5 (ملف إضافي 2: الجدول S4). تم إجراء PCR في ثلاث نسخ باستخدام Maxima® SYBR Green / ROX qPCR Master Mixes (2 ×) (Fermentas ، K0223) و CFX96 ™ Real-Time PCR Detection System (Bio-rad) ، وتم تحليل البيانات باستخدام برنامج CFX Manager ™. تم حساب مستويات نسخة KLF أولاً من خلال الإشارة إلى مستويات 18S الريبوسوم RNA ، وتم تطبيع مستويات التعبير عن KLFs في ESER و FLER و PBER إلى تلك الموجودة في HESC. تم حساب الدلالة الإحصائية للاختلافات بين تعبيرات KLF الفردية في أنواع خلايا الدم الحمراء وتلك الموجودة في HESC باستخدام العينات المستقلة ر-اختبار.

تسلسل رقمي DNase I واختيار DHS الخاص بالكريات الحمر أو المفترض

في هذه الدراسة ، تم الحصول على بيانات DNase-seq المستخدمة من جامعة واشنطن [41 ، 60] ، وهي متاحة من خلال متصفح الجينوم UCSC (http://genome.ucsc.edu) و NCBI Gene Expression Omnibus (GEO ) مستودع البيانات تحت الانضمامين GSE29692 و GSE32970. تم تحديد DHSs باستخدام خوارزمية طورتها جامعة واشنطن [65]. في هذه الدراسة ، تم استخدام عتبة FDR البالغة 0.5٪ لتحديد DHS لكل نوع من الخلايا. تم تعريف مجالات KLF loci على أنها امتدادات من 70 كيلو بايت من TSSs إلى 20 كيلو بايت في اتجاه مجرى مواقع poly (A). تمثل خلايا ESER و FLER و PBER خلايا الكريات الحمر الأولية في مراحل نمو مختلفة ، وتمثل خلايا K562 خلايا كرات الدم الحمراء. في فحص DHS ، تم استخدام جميع أنواع الخلايا الأخرى كأنواع خلايا تحكم غير الكريات الحمر. تم اعتبار DHSs في هذه المجالات خاصة بالدمى الحمراء إذا كانت موجودة فقط في خلايا الكريات الحمر وتم تحديدها على أنها نوع معين من خلايا الدم الحمراء إذا كانت موجودة في خلايا الكريات الحمر وأظهرت قممًا أقل بكثير في نوع أو نوعين من الخلايا غير الكريات الحمر.

التلاعب بالحمض النووي

لتوليد تركيبات مراسل لوسيفيراز اليراع باستخدام minP ، تم تضخيم الـ 23 من DHS المحددة الخاصة بالكريات الحمر أو المفترضة الخاصة بالكريات الحمر من الحمض النووي الجيني للدم البشري مع Pfu DNA Polymerase (Promega ، M7741) وإدخالها في اتجاه المنبع من minP في ناقل التعبير pGL4.23 ( بروميغا ، E8411). لمزيد من إنشاء بنيات مراسل لوسيفيراز اليراع باستخدام KLF-Ps ، تم توقع TSSs من KLFs الفردية من متصفح الجينوم UCSC ، وتم تضخيم أجزاء يبلغ طولها حوالي 1 كيلو بايت في المنبع من TSSs (ملف إضافي 2: الجدول S2) واستنساخها في pGL4.10 متجه ، متبوعًا بإدخال DHSs في اتجاه المنبع من KLF-Ps المقابل. تم فحص أنشطة KLF-Ps واستخدامها كخطوط أساس. تم استنساخ HS2 ، وهو مُحسِّن كلاسيكي في β-globin LCR ، في النواقل المقابلة المنبع من minP أو KLF-Ps واستخدم كعناصر تحكم إيجابية في اختبار DLR [16]. تم سرد المواد الأولية المستخدمة في هذه الدراسة في ملف إضافي 2: الجدولين S5 و S6. تم تأكيد سلامة بنيات المراسل باستخدام عمليات الهضم والتسلسل.

تعداء عابرة ومقايسة DLR

تم زرع الخلايا في 48 طبقًا جيدًا. تم نقل خلايا K562 (1.5 × 10 5 / بئر) بشكل عابر باستخدام 500 نانوغرام من ناقل لوسيفيراز اليراع و 0.75 نانوغرام من أ. رينيلا ناقلات لوسيفيراز ، pRL-TK (Promega ، E2441) ، باستخدام Lipofectamine LTX و Plus Reagent (Invitrogen ، 15338–100).تم نقل خلايا هيلا (7 × 10 4 / بئر) و HEK293 (7 × 10 4 / بئر) بالمثل باستخدام Lipofectamine 2000 Transfection Reagent (Invitrogen ، 11668–019) وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة. بعد ثمانية وأربعين ساعة من ترنسفكأيشن ، تم حصاد الخلايا للتحضير لمحلول الخلية ، وتم قياس أنشطة لوسيفيراز على الفور باستخدام نظام الفحص الصحفي المزدوج لوسيفيراز (Promega ، E1910) وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة. تكررت عمليات الانتقال العابرة مرتين على الأقل ، وتم نقل كل بنية في ثلاث نسخ. تم عرض الانحرافات المعيارية كأشرطة خطأ أعلى الأعمدة المعنية. لمعالجة البيانات ، تم تطبيع نشاط لوسيفيراز اليراع إلى نشاط رينيلا luciferase في جميع المجموعات ، وتم تطبيع النشاط النسبي لكل مروج كـ 1. تم تحليل الدلالة الإحصائية للاختلافات بين المروجين و DHSs باستخدام وظيفة ANOVA أحادية الاتجاه في لغة R.

تحليلات المعلومات الحيوية

تم الحصول على بيانات العناصر المحفوظة في الثدييات المشيمية [51] ، وطبقات H3K4me1 وطبقات H3K27ac [52] ، وبيانات Txn Factor ChIP [53] في مناطق 23 DHSs من مستعرض الجينوم UCSC وتم تلخيصها في الجدول 1.

تم جمع TFs الملزمة لـ 23 DHSs من مسار Txn Factor ChIP على متصفح الجينوم UCSC. تم رسم خريطة حرارية بعد K-mean clustering باستخدام لغة R.

تم تحليل الزخارف المحفوظة المضمنة في معززات KLF الخاصة بالكريات الحمر باستخدام برنامج MEME (http://meme.ebi.edu.au/meme/cgi-bin/meme.cgi) ، وتم البحث عن هذه الزخارف المكتشفة في de novo مقابل ENCODE -motifs قاعدة بيانات (http://www.broadinstitute.org/

تم استخدام Bio-11-dUTP (Ambion ، AM8450) و TdT (New England Biolabs ، M0315s) لتسمية 3′-OH من oligos أحادي السلسلة (5′-AGC ATG AAG TAG GAG AGT GAT GAT GAC AGT GCT GCT TTG تم تلدين CAC AGA TAA GCC TGG CGG A-3 و 5′-TCC GCC AGG CTT ATC TGT GCA AAG CAG CAC TGT CAT CAT CAC TCT CCT ACT TCA TGC T-3 ′) والأليجوس التكميلية وفقًا لتعليمات الشركة الصانعة. تم استخراج البروتينات النووية لخلايا K562 و HeLa و HEK293 باستخدام طريقة التحضير الدقيق السريع (محلول التحلل: 10 ملي مولار Hepes [pH7.9] ، 10 ملي مول كلوريد ، 1.5 ملي مولار MgCl2، 0.5 ملي PMSF ، 0.5 ملي مولار من محلول استخلاص عالي الملح DTT: 20 ملي مولار Hepes [pH7.9] ، 25٪ جلسرين ، 0.42 M NaCl ، 1.5 ملي MgCl2، 0.2 ملي EDTA ، 0.5 ملي PMSF ، 0.5 ملي DTT) [66]. تم قياس تركيزات البروتين باستخدام مجموعة فحص البروتين BCA (بيرس ، 23225). تم إجراء EMSA في خليط تفاعل 20 ميكرولتر ، يحتوي على 30 القليل من oligos المسمى بيوتين fmol و 7 ميكروغرام مستخلص نووي مع أو بدون 7.2 pmol oligos غير المصنفة باستخدام LightShift Chemiluminescent EMSA Kit (بيرس ، 20148) وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة (الشكل 7 ب).


تطور البكتيريا الخارقة

في أغسطس 2016 ، وصلت امرأة في أواخر العشرينيات من عمرها إلى مستشفى في رينو ، نيفادا ، حاملة سلالة قاتلة من البكتيريا. الكلبسيلة الرئوية. المرأة ، التي سافرت مؤخرًا إلى الهند ، وبينما تم إدخالها إلى العديد من المستشفيات بسبب المضاعفات الناجمة عن كسر في عظم الفخذ ، أثبتت أنها مقاومة لجميع أنواع المضادات الحيوية الـ 26 بحلول الوقت الذي دخلت فيه المستشفى في الولايات المتحدة - بما في ذلك كاربابينيم ، غالبًا ما يعتبر "الملاذ الأخير" من المضادات الحيوية ، لأنه يتم استخدامه عند فشل جميع المضادات الحيوية الأخرى.

ما هو Superbug؟

السلالة المسؤولة عن إصابة المرأة & # 8217s ،الكلبسيلة الرئوية carbapenemase ، أو KPC ، هو أحد أنواع البكتيريا العديدة التي أصبحت تُعرف باسم "الجراثيم الخارقة". تم تصنيف ما لا يقل عن 18 من هذه الأمراض والالتهابات من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، وتم تصنيف ثلاثة على وجه الخصوص على أنها تهديدات "عاجلة" مقاومة للأدوية: النيسرية البنية، الذي يسبب مرض السيلان المنقولة جنسياً ، المطثية العسيرة (CDIFF) ، الذي يسبب الإسهال الذي يهدد الحياة ، وفئة من البكتيريا تعرف باسم Enterobacteriaceae المقاوم للكاربابينيم (CREs) ، والتي تشمل KPC.

من بين هؤلاء ، تعد البكتيريا المُعدية الأكثر إثارة للقلق بالنسبة للعلماء والأطباء. على الرغم من أنها ليست أقل فتكًا من الأنواع الأخرى من الأمراض المقاومة للأدوية ، فإن مقاومة العقاقير المضادة للعقاقير المضادة للعقاقير توجد داخل الجينات الموجودة في البلازميدات ، وهي قطع من الحمض النووي يمكنها الانتقال بسهولة بين الأنواع البكتيرية من نفس العائلة. المعوية ("E" في CREs) ، وهي مجموعة كبيرة بشكل خاص من البكتيريا ذات الصلة التي تشمل أنواعًا مثل السالمونيلا, بكتريا قولونية، و شيغيلا، معرضة بشكل خاص لانتشار الجينات القائمة على البلازميد بين البكتيريا. على الرغم من أن كل هذه الأمراض يمكن علاجها بسهولة بالمضادات الحيوية ، إلا أنها يمكن أن تكون قاتلة بسرعة بدون الأدوية المناسبة.

تنتشر البكتيريا الكريهة بشكل خاص في الصين وجنوب آسيا ، ولكنها أصبحت أكثر شيوعًا في الولايات المتحدة أيضًا: يقدر مركز السيطرة على الأمراض أنه هذا العام وحده ، تم الإبلاغ عن 175 حالة على الأقل في المستشفيات. لحسن الحظ ، لا يزال من الممكن علاج معظم البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية باستخدام عدد قليل من المضادات الحيوية التي تستخدم فقط في الحالات القصوى ، ولكن حتى هذه قد تكون فعالة لفترة طويلة فقط.

كوليستين و MCR1 الجين

في الصين ، هناك نوع جديد من الجين يسمى MCR-1، تم العثور عليها في حالات الكلبسيلة الرئوية و بكتريا قولونية. يتحرك Mcr-1 بسهولة من بكتيريا إلى أخرى عبر البلازميدات ، مثله مثل الكائنات الحية المجهرية ، ولكن على عكس الكائنات الحية الدقيقة ، فإن هذا البديل من البكتيريا MCR-1 يسمح للبكتيريا بأن تكون مقاومة للمضاد الحيوي المطلق الملاذ الأخير ، كوليستين. لا يرجع السبب إلى الإفراط في استخدام الدواء في علاج الأمراض ، ولكن لأن الصين قد استخدمت تاريخياً كوليستين كهرمون نمو حيواني في علف الماشية. نظرًا لأن البشر يستهلكون لحم البقر أو لحم الخنزير أو الدجاج الذي يتغذى على الكوليستين ، فإن البكتيريا الموجودة في أجسامنا بدورها تعتاد على وجود المضاد الحيوي ، ومع مرور الوقت تتكيف لتكون قادرة على مقاومته.

في حين أن الصين جعلت من غير القانوني منذ ذلك الحين استخدام الكوليستين في علف الحيوانات اعتبارًا من أبريل من هذا العام ، فقد وافقت أيضًا منذ ذلك الحين على استخدام الدواء في المستشفيات من أجل معالجة عدد متزايد من حالات الإصابة بالعديد من البكتيريا ، والتي من المحتمل أن تكون ناجمة عن الإفراط في استخدام هذا الدواء. carbapenems في الزراعة. ومع استخدام الكوليستين أكثر فأكثر ، تزداد احتمالية أن تطور البكتيريا مقاومة له في البشر ، مما يمهد الطريق لسلسلة من الجراثيم الخارقة التي لا يمكن علاجها بواسطة العلم الحديث.

تهديد تطور SuperBug

إنها حالة كتابية للكائنات الحية التي تتكيف للاستجابة لبيئاتها والتي تم تجاهلها لعقود من الزمن ، مع الأشخاص المعنيين فقط بالفوائد قصيرة المدى للإفراط في استخدام المضادات الحيوية دون النظر إلى العواقب طويلة المدى. إنها مشكلة أن ألكسندر فليمنج ، مبتكر البنسلين ، حذر منها خطاب قبوله لجائزة نوبل ، قائلاً: & # 8220 هناك خطر من أن الرجل الجاهل قد يقلل من جرعته بسهولة ، ومن خلال تعريض ميكروباته لكميات غير مميتة. من الدواء يجعلها مقاومة. & # 8221

بدون إنشاء أشكال جديدة من المضادات الحيوية التي يمكن استخدامها لمحاربة الجراثيم المقاومة للكوليستين والجراثيم المقاومة للكوليستين في المستقبل ، يتوقع العلماء أن الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية يمكن أن تقتل ما يصل إلى 10 ملايين شخص سنويًا ، معظمهم من العدوى الشائعة التي يمكن علاجها بسهولة اليوم. الحقيقة المؤسفة هي أن العلماء قد حذروا من هذا السيناريو منذ إنشاء المضادات الحيوية الأولى ، ومن خلال عدم الاستجابة لنصيحتهم ، فقد أعددنا أنفسنا لمستقبل من البكتيريا الخارقة التي قد لا يمكن علاجها بالعلم الحديث.

للمزيد من المعلومات:

  • الكلبسيلة الرئوية: بواسطة NIAID (بكتيريا Klebsiella pneumoniae) [CC BY 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز
  • رسومات مقاومة البكتيريا والمضادات الحيوية & # 8211 بإذن من CDC.

مقال ديفين Windelspecht. ديفين هو طالب مبتدئ في جامعة نورث إيسترن في بوسطن ماجستير حيث تخصص في العلاقات الدولية. ديفين مسؤول عن الخلفية في العديد من المقالات على الموقع ، بالإضافة إلى بعض الكتابات العلمية.


يتم الإبلاغ عن نتائج المختبر في LIMS وتكون التقارير متاحة للطباعة بمجرد اكتمالها. وقت الاستجابة المتوقع هو:

بكتيريا Grp A Beta Strep / Throat يوم عمل واحد
الجهاز التنفسي (البلعوم الأنفي ، البلغم) يومي عمل
الجروح والمتنوعة يومي عمل
برازي يومين - ثلاثة أيام عمل
البول يومي عمل
الجهاز التناسلي يومي عمل


الكشف عن المشهد التنظيمي للجينات في الأمراض من خلال تحديد مواقع DNase I شديدة الحساسية (مراجعة)

حقوق النشر: & copy Chen et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص إسناد المشاع الإبداعي.

هذا المقال مذكور في:

الملخص

1 المقدمة

تعريف مواقع DNase I شديدة الحساسية (DHSs)

DNase I هو نوكلياز داخلي مع القليل من خصوصية تسلسل الحمض النووي (1). في أوائل الستينيات ، تم استخدام DNase I لفحص كيفية تنظيم النوكليوسوم (2). وجد Weintraub و Groudine (3) أن الكروماتين النشط له الأولوية للتحلل بواسطة هذا الإنزيم. تسمى هذه المناطق المحددة بـ DHSs ، وهي علامات مميزة للكروماتين النشط الذي يتشارك مع العديد من عناصر تنظيم رابطة الدول المستقلة (CREs) ، بما في ذلك تسلسل تنظيم التعبير للمُعزِّزات والمروجين ، وتسلسل التنظيم السلبي للعوازل ، وكواتم الصوت ، وبعض التحكم في الموضع المناطق. عادة ما تتفرق DHSs حول الجينات النشطة نسبيًا ويمكن الوصول إليها من قبل البروتينات التنظيمية. لذلك ، على النقيض من ذلك ، فإن مناطق معينة داخل DHSs مقاومة للتحلل لأنها محمية بواسطة البروتينات المنظمة للجينات ، بما في ذلك عوامل النسخ.

توليد ومحو DHSs

تظل الآليات الجزيئية الأساسية لتنظيم الجينات بحاجة إلى توضيح كامل. تتمثل الخطوة الأولى في تنظيم الجينات في أن الخلايا تتبنى بنية "مفتوحة" استجابةً للتحفيز الخارجي في مجموعة من التسلسلات المحددة الموجودة في مناطق كروماتين معينة. ترتبط هذه التسلسلات المكشوفة بعناصر تنظيمية نسخية خاصة بالموقع ، مما يؤدي إلى إعادة تشكيل بنية الكروماتين التي تتميز بإمكانية وصول كبيرة إلى نوكليازات (4). تخدم DHSs في الكروماتين المفتوح أدوارًا مهمة في إعادة ترتيب الكروماتين (5،6) ، ويتم تحفيزها من خلال حالة مختلفة من أستلة هيستون (7،8) وقدرة الارتباط لمركب متعدد البروتينات الذي يعيد تشكيل الكروماتين (9). تعمل DHSs كمثبتات ملزمة للبروتينات المنشطة والعوامل المساعدة الوسيطة ، وتتفاعل مع مجمع ما قبل التأسيس عند المروجين (2،10-14) ، مما ينظم التعبير الجيني.

يمكن القضاء على DHSs من خلال عوامل خاصة بالموقع. تم الإبلاغ عن أنه يمكن التخلص من DHS في كاتم الصوت المعتمد على عامل ربط CCCTC (CTCF) بسبب طرد CTCF وإعادة تشكيل الجسيم النووي الناجم عن نسخ الحمض النووي الريبي غير المشفر في الليزوزيم الدجاج (15). DHSs ديناميكية ومضبوطة بدقة بواسطة فئات مختلفة من إعادة تشكيل الإنزيمات. على سبيل المثال ، يتحد TFE3 مع ACF لتحفيز حدوث موقع DHS نشط في محسن IgH intronic ، بينما تم إثبات أن PU.1 يقوم بتجنيد Mi2β وبالتالي محو DHS هذا (16).

السمات المميزة للـ DHSs

في خلايا الثدييات ، وجد أن نسبة 3٪ من الجينوم هي DNase I شديدة الحساسية (17). حتى الآن ، تم الاعتراف بـ 290.000.000 درهم إماراتي. يتم تمثيل كل نوع من الأنسجة / الخلية بواسطة تنميط DHS المميز المتعدد المستمد من أفراد مختلفين. تعتبر DHSs واحدة من أكثر السمات التمييزية المفيدة بين أنواع الخلايا (18) ولها العديد من الأحرف المميزة.

أولاً ، تتميز DHSs عادةً بحساسية عالية لـ DNase I ، خاصةً عندما يتم نسخ الجين ذي الصلة بنشاط. تم الإبلاغ عن المناطق ذات النشاط النسخي العالي لتكون أكثر حساسية من تلك التي ليس لها نشاط نسخ. أي أن هناك حالتين من DHS ، مفتوحة ومغلقة ، حيث يتم زيادة أو تقليل ميزات إمكانية الوصول للكروماتين ، على التوالي ، المرتبطة بالتعبير الجيني (19).

ثانيًا ، تعد DHSs عبارة عن تسلسلات قصيرة من

200 زوج أساسي مع مثيلة منخفضة ، ومعظمها لا يزيد عن عدة مئات من الأزواج الأساسية. يتم وضع مناطق المثيلة المنخفضة هذه في مواقع مشتركة أو بالقرب من مواقع بدء النسخ (20 ، 21) ، مما يؤثر على نسخ الجينات وفقًا لدرجة المثيلة.

ثالثًا ، تعد DHSs علامات تمثيلية للحمض النووي التنظيمي وتتداخل مع العديد من الكائنات الحية الدقيقة ، بما في ذلك المروجين والمعززات ومواقع النسخ النشطة (22). بالإضافة إلى ذلك ، دعمت DHSs تحديد الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، بما في ذلك العوازل وكواتم الصوت ومناطق التحكم في الموقع (10).

رابعًا ، على الرغم من أن كل نسيج / خلية تعرض توقيعات DHS مميزة ، إلا أن هناك مناطق أساسية محددة في DHSs يمكن تحديدها عن طريق بروتينات ربط الحمض النووي الخاصة بالتسلسل. يتم حفظ المناطق الأساسية في أنواع مختلفة من الخلايا عبر الأنواع ويتم إثرائها بمواقع الربط لبروتينات HMG14 و HMG17 (23).

2. طرق التسلسل عالية الإنتاجية لتحديد DHS

لا تختلف التقنيات المستخدمة في تحديد المسوحات الديموغرافية والصحية بشكل كبير ، وكلها تقنيات جديدة تعتمد على التسلسل عالي الإنتاجية. تمت مقارنة الاختلافات في الجدول الأول.

الجدول الأول

مقارنة بين التقنيات المختلفة لتحديد المسوحات الديموغرافية والصحية.

الجدول الأول

مقارنة بين التقنيات المختلفة لتحديد المسوحات الديموغرافية والصحية.

[i] دقة DHSs ، مواقع DNase I شديدة الحساسية ، DNase-seq ، تسلسل DNase scDNase-seq ، خلية مفردة DNase-seq liDNase-seq ، تسلسل DNase-seq منخفض المدخلات.

تسلسل الدناز (DNase-seq)

منذ عقود ، كان تهجين اللطخة الجنوبية هو الطريقة الرئيسية المستخدمة لتحديد DHS من خلال توصيف الحمض النووي المهضوم بعد معايرة DNase I (24). ومع ذلك ، فإن طبيعة الإنتاجية المنخفضة لهذه الإستراتيجية قيدت بشدة تطبيقها الإضافي. سمحت التحسينات والتطبيق الواسع لتقنية التسلسل المتوازي على نطاق واسع برسم خرائط عالية الدقة على نطاق الجينوم لمختلف المسوحات الديموغرافية والصحية ، مما يضع الأساس لتجميع كتالوجات شاملة للتسلسلات التنظيمية (25 ، 26). الطريقة الأولى المستخدمة لتحديد الآلاف من DHSs في وقت واحد قدمها كروفورد وآخرون (27). أولاً ، يتم شق النوى بواسطة DNase I ، ثم يتم هضم الطرفين بشكل حاد باستخدام T4 DNA polymerase. ثم يتم شق الجينوم بإضافة Bam HI و Bgl II. يتم ربط الأجزاء الحادة أو اللزجة المهضومة في بلازميد pBluescript SK (+) وتسلسلها. تثري هذه الطريقة التسلسل داخل الجينوم الذي يتعلق بالكروماتين النشط ويحدد DHSs على نطاق الجينوم. بعد ذلك بعامين ، تم تجديد هذه الاستراتيجيات عالية الإنتاجية عن طريق إرفاق رابط معزز حيويًا بنهايات DNase المهضومة (الشكل 1). تُستخدم علامات الرابط لاستخراج تسلسلات قصيرة من الحمض النووي للمفصل ، والتي يمكن تحديدها من خلال تسلسل الجيل التالي عالي الإنتاجية المستند إلى DNase (DNase-seq) (28) أو المصفوفات الدقيقة المستندة إلى DNase (DNase-chip) (26). تساعد الاستراتيجيات المماثلة التي توفر رسم خرائط دقيق للـ DHSs بشكل إضافي في الكشف عن فئة كبيرة من الـ CREs في جميع أنواع أنسجة وخلايا الثدييات (29 ، 30).

شكل 1.

الإجراءات التجريبية لبروتوكول تحديد DHSs عالي الإنتاجية. يتم هضم النوى السليمة باستخدام DNase I ثم جعلها غير حادة ، ثم يتم ربطها بوصلة بيوتينيلاتيد وصوتنة للقص. يتم تحضين المنتجات على عمود الستربتافيدين لتجميع نهايات DNase I المشقوقة. يتم تهجين شظايا الحمض النووي المتجاورة القصيرة المستخرجة إما إلى صفائف مبلطة (شريحة DNase) أو تخضع لإنشاء مكتبة وتسلسل الجيل التالي (تسلسل DNase). مواقع DHS و DNase I شديدة الحساسية.

قام Morin et al (31) بمحاكاة نموذج تسلسل exon بالكامل ، وطوروا لوحة التقاط مخصصة لـ DHSs المعروفة ("التسلسلات المناعية") ، خاصة باكتشاف DHS في الخلايا المناعية والتنوع الجيني في الأمراض المرتبطة بالمناعة.

أحادي الخلية DNase-seq (scDNase-seq)

على الرغم من قوة تقنية DNase-seq ، هناك حاجة إلى ملايين الخلايا ، مما يحد من تطبيقها في حالات نادرة ذات خلايا محدودة ، كما هو الحال في خلايا معينة من المرضى. بالإضافة إلى ذلك ، يعاني DNase-seq التقليدي من حساسية منخفضة نتيجة لفقدان الحمض النووي أثناء خطوات التنقية المتعددة. لذلك ، تم تطوير scDNase-seq ، المعروف أيضًا باسم Pico-seq ، لتقليل فقد الحمض النووي ، وتم تطبيقه في تحليل إمكانية الوصول إلى الكروماتين باستخدام خلايا مفردة (32،33). لمنع فقدان كمية صغيرة من الحمض النووي DNase I شديد الحساسية الذي تم إطلاقه عن طريق هضم DNase I للخلايا المفردة ، تتم إضافة كمية كبيرة من DNA البلازميد الدائري كحامل DNA في الخطوات اللاحقة لإعداد المكتبة (الشكل 2). أظهر التطبيق السابق لـ scDNase-seq على الخلايا السرطانية وخلايا NIH3T3 وتجمعات الخلايا الطبيعية أن أنماط DHS على مستوى الخلية المفردة قابلة للتكاثر بشكل كبير بين الخلايا الفردية (33). تتيح هذه الطريقة إنشاء خريطة DHS على مستوى الجينوم للعينات النادرة ، والتي تعتبر أكثر قيمة للتطبيق السريري.

الشكل 2.

رسم تخطيطي لتسلسل DNase أحادي الخلية. يتم هضم النوى السليمة بواسطة DNase I ويتبعها إنشاء مكتبة بما في ذلك الإصلاح النهائي ، وربط المحولات ، وتضخيم PCR باستخدام DNA الناقل الدائري والتسلسل عالي الإنتاجية. مواقع DHS و DNase I شديدة الحساسية.

تسلسل DNase منخفض المدخلات (liDNase-seq)

على الرغم من أن scDNase-seq يمكنها تحديد DHS من كمية صغيرة من مواد البداية ، إلا أن التعليق التوضيحي لنتائج التسلسل يتطلب قاعدة بيانات DHS معروفة مسبقًا ، وهو ما يمثل تحديًا في تحديد مواقع DHSs de novo. قدم Lu وآخرون (34) liDNase-seq عن طريق تعديل طريقة scDNase-seq لتحقيق تحديد DHS على مستوى جينوم de novo باستخدام ما لا يزيد عن 30 خلية. التحسينات التقنية الرئيسية ، بما في ذلك تقليل تعقيد عملية التنقية قبل تفاعل ربط المحول ورد فعل التضخيم الأول ، وتعديل خطوة اختيار الحجم باستخدام حبات تقارب SPRI بدلاً من تنقية الهلام. تشبه عملية إنشاء خرائط DHS تلك الخاصة بمشروع ENCODE (www.encodeproject.org و http://genome.ucsc.edu/ENCODE) وتسمح بتحديد دي novo DHS بدقة أعلى بكثير من الطرق السابقة.

تقنية ImmunoSEQ

طور Morin et al (31) تقنية ImmunoSEQ للكشف عن DHSs المعروفة. باستخدام هذه التقنية ، يمكن إجراء تسلسل كامل exome أو تسلسل منطقة DHS المخصص بكفاءة. يركز التحليل على تباين المناطق غير المشفرة للأمراض المرتبطة بالمناعة.

3. وظائف DHSs

تشارك DHSs في تنظيم التعبير الجيني

تعد DHSs سمات أساسية لجميع الأنواع المحددة من الـ CREs النشطة وغالبًا ما يتم وضعها معًا (35-37). تشارك DHSs بشكل مباشر في نمذجة الكروماتين وإعادة التأسيس الهيكلي ، والاعتراف بالبروتينات التنظيمية وتنظيم بدء النسخ. ترتبط DHSs بتغيرات التعبير الجيني القريبة من خلال ربط بروتينات تنظيمية معينة بتسلسلها المحدد في المروجين أو مناطق CREs الأخرى ، وبالتالي فهي تشارك في قرارات مصير الخلية ، والتباين الفردي والتطور (22). اكتشف فرانك وآخرون (19) آلافًا من البكتيريا المُركبة التي تزيد أو تنقص فيها إمكانية الوصول إلى الكروماتين. تزامنت هذه التغييرات مع مستوى نسخ الجينات المجاورة ، وهو أمر مهم في تنظيم التعبير الجيني العالمي ، وعلى الأرجح يؤدي إلى تنشيط أو إلغاء تنشيط عناصر المحسن. حدد Huang و Liew (38) DHSs في موضع المنبع 4 كيلوبايت لجين الميوسين القلبي الثقيل السلسلة- α (MHC-α) في الهامستر وكشفوا عن موقع عزر GATA محفوظ يتفاعل بشكل خاص مع عوامل ربط GATA في مختلف مراحل تطور خلايا عضلة القلب ، والتي قدمت دليلاً على دور عوامل GATA في التعبير الجيني عن MHC-α القلبي.

غالبًا ما تشير DHSs المفتوحة إلى زيادات في مستويات النسخ المحلية ، مما يدعم ملاحظة أن DHSs المفتوحة هي معززات. وبالمثل ، قد تمثل DHSs المغلقة نشاطًا مُحسِّنًا منخفضًا (19). يكون هذا التأثير أكثر وضوحًا عندما ترتبط الجينات بتغيرين أو أكثر من تغيرات DHS المتطابقة مع الاتجاه. تُظهر النتائج التي تم تحديدها في دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWASs) أن الاختلافات الجينية تكمن في كثير من الأحيان في المناطق غير المشفرة من الجينوم التي تحتوي على البكتيريا ، مما يشير إلى أن تغيير التعبير الجيني يكمن وراء تطور العديد من السمات المعقدة.

تعرض DHSs ملامح مميزة وتساهم في تحديد CREs

تمتلك الخلايا في مرحلة ومكانة معينة مجموعة ثابتة من الـ CREs التي يمكن الوصول إليها من قبل العوامل العابرة ، وبالتالي تكمن وراء شبكة تحكم معقدة من الكروماتين (35 ، 39). يحتوي كل نوع خلية على مجموعة محددة من التسلسلات التنظيمية ويتكون الامتداد التراكمي لتلك التسلسل من & gt80٪ من المنطقة غير المشفرة للجينوم. تساعد الدراسات التي أجريت على الـ DHSs في الكشف عن آليات تنظيم الجينات الدقيقة وتمكين التعليق التوضيحي الشامل للجينوم. يوفر رسم الخرائط على مستوى الجينوم لـ DHSs منصة جديدة للتحقيق الواعد في مشاكل بيولوجية جزيئية معينة تتأثر بتنظيم جين معين أو مجموعة من الجينات (17).

بالإضافة إلى ذلك ، تشكل DHSs شبكة معقدة ومكانية وزمنية محددة. قد لا تحدث بعض DHSs المحددة في نوع خلية واحد بواسطة DNase-seq في أنواع الخلايا الأخرى. أفاد بان وآخرون (40) أن 12 DHSs في الكروماتين المرتبط بجين Msx2 تباينت في أنواع مختلفة من الخلايا في الدجاج ، عندما قاموا بفحص الخلايا اللحمية الأمامية والخلفية للأطراف ، وبانيات العظم القلبية والخلايا الليفية في الأجنة. لم يتم الكشف عن معظم الـ DHSs على أنها نشطة في أي من الخلايا الأربعة المصنفة ، وكان فقط DHS في منطقة المروج القاعدية موجودًا في جميع الأنسجة الأربعة. كان أحد DHS نشطًا وفريدًا في الخلايا التي تحتوي على نصوص Msx2 ، وكان DHS الثانوي فريدًا في الخلايا غير المعبرة. تحتوي خلايا اللحمة المتوسطة للطرف الأمامي والخلفي على مجموعة متميزة من DHSs ، والتي كانت أكثر تعقيدًا من تلك التي تم اكتشافها في خلايا بانيات العظم ، مما يشير إلى أن نمط DHS المعقد قد يكون متورطًا في نماذج التنظيم المختلفة لجين Msx2 في هذين النسجين ، ويشارك في قرار مصير الخلية من خلال التفاعل مع عوامل النسخ الخاصة بالخلية لتوجيه برنامج النسخ لقرار مصير الخلية وتطورها. قد تتغير أيضًا DHSs لجين معين استجابة لنشاط النسخ المختلف. فحص Grünweller وآخرون (41) نهاية 5'-end من جين vigilin في الدجاج باستخدام تقنية DNase-seq وطريقة تحليل الجينات المراسل. حددوا اثنين من DHSs المرشحين. كان أحد DHS نشطًا وفريدًا في ظل نشاط النسخ العالي لمحفز الجينات vigilin في خلايا الدجاج ، والذي أطلق عليه DHS1 ، ولم يتم العثور على DHS الثانوي إلا تحت نشاط نسخ منخفض ، والذي أطلق عليه DHS2. تم تحسين نشاط المروج لجين vigilin أكثر من 10 مرات من خلال التسلسلات الأولية لموقع بدء النسخ (TSS). يختلف تحديد DHSs ومقارنة ميزاتها بين أنواع الخلايا المختلفة أو داخل نوع خلية مماثل ، ولكن الثقافة في ظروف مختلفة ضرورية للكشف عن أنماط التعبير الجيني في ظل ظروف مختلفة. يمكن أن يكمل هذا الفهم الحالي بشكل فعال وقد يكون له تطبيقات سريرية محتملة لعلاج المرض. يوفر استغلال الأنماط المتغيرة والبلاستيكية لـ DHSs النشطة إمكانية تحديد حالات خلوية أو أنسجة معينة ، والتي قد يكون لها إمكانية تطبيقها على التشخيصات والتنبؤات السريرية أو تقييم الآثار العلاجية.

تسهل الدراسات التي تحقق في الـ DHS تحديد الـ CREs الجديدة ، حيث أن الـ DHSs هي مؤشرات واعدة أكثر لتحديد إمكانية الوصول إلى الكروماتين ، والتي تم استخدامها على نطاق واسع لرسم خريطة لعناصر التنظيم الوظيفية. DHSs فوق الـ CREs مع درجات متوازية من حساسية نوكلياز وتغطي التسلسل الرئيسي للعامل التنظيمي (42). عادة ما تحتوي DHSs على CREs المتعلقة بتنشيط النسخ على موقع المراسل ، مثل المعززات ، ولكن يمكن أن تحتوي أيضًا على تثبيط النسخ ، مثل كاتمات الصوت (17). تكشف خريطة DHS عن حالة ونمط وجود الكائنات الحية الدقيقة ، بالإضافة إلى الحالات المتغيرة والبلاستيكية للكروماتين في أنواع الخلايا المختلفة (25،29،33،43). حدد Liu et al (44) 17472 موقعًا محددًا لربط DHSs وعامل النسخ في خطين خلويين ، خط خلية hESC H1 وخط خلية معالجة الأرومة الغاذية (TB) ، وأنشأوا شبكة عامل نسخ لتطوير المشيمة. تم العثور على DHSs المحددة في الخلايا المعالجة بالسل في "الوعاء الدموي" و "التروفيكتوديرم" ، بما في ذلك أعضاء عائلة عامل النسخ: Leucine zipper و helix-loop-helix و GATA و ETS. تم إثبات أن نموذج نظام السل الناجم عن بروتين العظام 4 (BMP4) مهم في التحقيق في آلية تطور الأرومة الغاذية وكشف عن جينات مرشحة جديدة تشارك في تنظيم نمو المشيمة البشرية. تشير هذه النتائج إلى أن DHSs تمكن من التحديد الدقيق للـ CREs الجينومية. من المتوقع أن تكشف المزيد من التحقيقات حول الـ DHSs عن المزيد من العناصر التنظيمية الجديدة.

قد يساعد تحديد تباينات التسلسل لـ DHSs لأشجار النشوء والتطور بدلاً من منطقة ترميز الجينات في الكشف عن التغييرات وتطور بعض الأنماط الظاهرية. قام Dong et al (45) بتحليل وتقييم التطور المتسارع للتسلسلات التقويمية في DHSs من الجينوم البشري وجينوم الرئيسيات باستخدام طرق علم الأحياء المنهجية ، وإنشاء خريطة مقارنة بين DHSs وعناصر التكرار القديمة (AREs). حدد تحليلهم المناطق المحلية لجميع المسوح السكانية والصحية وأظهر أنها كانت تتطور بشكل محايد. لذلك ، من الجدير بالذكر أن

0.44٪ من الـ DHSs في الجينوم البشري تخضع لتطور متسارع (يُطلق عليه ace-DHSs). هناك ما يبرر إجراء مزيد من التحليل لـ ace-DHSs للتحقيق في تطور الأنماط الظاهرية الخاصة بالإنسان. تحليلات الـ DHS هذه مهمة في الدراسات الأساسية وقد تكون ذات قيمة محتملة في الطب الترجمي والطب الشخصي.

4. البيانات المتوفرة من DHSs

يهدف مشروع ENCODE (www.encodeproject.org و http://genome.ucsc.edu/ENCODE) إلى تطوير مخططات شاملة لسرد جميع DHSs البشرية من أجل رسم خريطة للجينوم وفهرستها. تحدد DHSs مواقع الكروماتين النشطة نسبيًا ، والتي قد تكون أصل انتقائية الخلية.

أجرت معاهد أبحاث ENCODE رسم خرائط على مستوى الجينوم لـ DHSs في & gt100 من أنواع الخلايا والأنسجة البشرية ، وتم تحديد ما يقرب من 3،000،000 DHS ، بما في ذلك 71 خلية أولية طبيعية متمايزة ، و 16 خلية أولية خالدة ، و 30 سلالة خلوية مشتقة من الأورام الخبيثة وثمانية متعددة القدرات و الخلايا السلفية متعددة القدرات. قراءات 20-50-bp من تجارب DNase-seq مكنت من رسم خرائط فريدة لـ 86.9٪ من التسلسل الجيني ، مما يسمح باستجواب جزء كبير من تسلسل الينقولات. تم الحصول على ملفات تعريف DHS لـ 125 نوعًا مختلفًا من الخلايا البشرية ، وكان 34 ٪ منها خاصًا بأنواع الخلايا الفردية وتم اكتشاف أقلية فقط في جميع أنواع الخلايا (3692). تباينت الحالة المفتوحة لـ DHSs بمقدار 100 مرة ، لكن نمط الدستور كان ثابتًا في أنواع الخلايا المتميزة. تم إثبات ذلك

تم الكشف عن 5 ٪ من DHSs في منطقة TSS ، في حين أن 95 ٪ المتبقية تمثل DHSs البعيدة المنتشرة بشكل موحد في المناطق intronic والمتداخلة بين الجينات. توفر هذه البيانات معلومات إضافية للكشف عن آلية النسخ.

5. DHSs والأمراض

ترتبط DHSs بأمراض متعددة وقد تم اقتراحها لتؤدي أدوارًا متميزة في مسببات السرطان ، والأمراض المرتبطة بالمناعة ، ومرض التهاب الأمعاء ، ومرض الزهايمر ، ومشاكل كثافة نخاع العظام ، ومرض الشريان التاجي ، والتوحد ، وبعض الأمراض الشائعة والسمات المعقدة. (الشكل 3) (46). توضح الأدلة الحديثة القيمة المحتملة للـ DHS الخاصة بالخلايا والمتعلقة بالأمراض في الطب الشخصي. تم توثيق الأدلة التي تظهر تداخلًا كبيرًا بين الأمراض البشرية و CREs موثقة جيدًا ، مما يؤكد أن أنواع الخلايا "الحرجة" قد تعمل كعوامل مسببة لأمراض معينة أو تساعد في الحفاظ على سمات نمطية معينة (46).

الشكل 3.

عملية تحديد الـ DHSs المتعلقة بالأمراض. DHSs ، DNase I- مواقع شديدة الحساسية CRE ، عنصر CIS التنظيمي TSS ، موقع بدء النسخ.

تم الإبلاغ عن أن إمكانية الوصول أو عدم إمكانية الوصول إلى حالة DHSs مرتبطة بالأمراض. تم العثور على عدد متزايد من DHSs الجديدة مرتبطة بالأمراض. تم تحديد أنواع معينة من الخلايا والأنسجة على أنها مرتبطة بأمراض مختلفة. على سبيل المثال ، تشارك أنواع معينة من الخلايا المناعية في الأمراض المتعلقة بالمناعة (مرض التهاب الأمعاء) ، وتشارك أنواع معينة من الأنسجة في الأمراض التي تصيب أعضاء معينة (مرض الشريان التاجي) ، مع ارتباطات أخرى بما في ذلك الغدد الكظرية في مرض الشريان التاجي ، والجهاز المناعي في مرض الزهايمر والكلى مع كثافة نخاع العظم (46).

تم اكتشاف الآلاف من DHSs الخاصة بالورم الموجودة في مناطق المحفز والمعزز ، والتي ثبت أنها متورطة في حدوث السرطان وتطوره.

ترتبط الطفرات المرتبطة بالوظيفة في منطقة DHS ارتباطًا وثيقًا بنشاط بدء النسخ ، وبالتالي تؤدي إلى حدوث أمراض معينة (الشكل 4). هناك & gt100 دراسات على DHSs التي قيمت أنواعًا مختلفة من الخلايا أو الأنسجة من قبل ENCODE Alliance (124 نوعًا مختلفًا من الخلايا) ومجموعة epigenomics لخريطة طريق المعاهد الوطنية للصحة (342 عينة مختلفة من أنسجة الأجنة البالغة) ، والتي تثبت وجود تداخل بين الطفرات في تنظيم الحمض النووي غير المشفر المتواليات والأمراض والصفات.

الشكل 4.

الآلية المرضية للتباين في مواقع المسح الديموغرافي والصحي للجينات المرتبطة بالأمراض. (أ) تعمل DHSs كمثبتات ملزمة للبروتينات والعوامل المساعدة المنشط. يتم تجميع المركب متعدد البروتينات وربطه بالتسلسلات "المفتوحة" لـ DHSs ، بما في ذلك مناطق المحفز أو المحسن ، وبعد إعادة ترتيب الكروماتين يؤدي ذلك إلى نسخ الجينات. (ب) عندما تحدث طفرات أو اختلافات مرضية في مناطق حاسمة من DHS ، فإنها تؤثر على تحديد وتفاعل بروتينات الربط التنظيمي وتتوقف وظيفة النسخ أو تتغير ، مما قد يتسبب لاحقًا في ظهور أنماط ظاهرية. مواقع DHS و DNase I شديدة الحساسية.

حددت GWASs العديد من الأشكال المتعددة للنيوكليوتيدات المفردة (SNPs) في DHSs ، والتي ترتبط بأنواع مختلفة من السمات الكمية والاضطرابات المعقدة. كثافة الطفرات المحلية متغيرة في جميع أنحاء الجينوم (47). كشفت دراسة أجريت على 1161 جينومًا لسرطان الإنسان أن كثافة الطفرات النقطية في مركز DHS في منطقة المروج الجيني للخلايا الجسدية قد زادت (48). أظهرت أنواع عديدة من الأنسجة ، بما في ذلك أنسجة المخ والبنكرياس والكبد ، إثراء النيوكلوتايد المرتبط بـ DHSs في اضطراب الاكتئاب الشديد (49). تم العثور على تسلسل حذف جزيء التصاق خلية متلازمة داون 14 كيلو بايت ، يحتوي على 12 من DHSs CNS ، في عائلة التوحد ، مع إمكانات تنظيمية تؤثر على بيولوجيا الجهاز العصبي المركزي (50). تم التنبؤ بشكل كبير بأن طفرات De novo الغنية بالـ DHS والجينات القريبة تؤدي إلى فقدان عوامل ربط النسخ. على سبيل المثال ، تم العثور على حذف ارتباط ديميثيلاز 5B الخاص باللايسين في محفز الجين المرشح لخطر التوحد ، EFR3A (51).

تم الإبلاغ عن حدوث طفرة في موقع SNP (chr18: 52417839 G & gtC) مرتبطة بسرطان الغدة الدرقية الجريبي ، والذي كان له تأثير على ارتباط بروتين مثبط الورم p53 وأدى لاحقًا إلى انخفاض التعبير الجيني عن الثيوردوكسين الشبيه 1 (TXNL1) (33). تم العثور على أعلى معدل انتشار للطفرات في عامل القيادة الافتراضي DHS chr5: 1325957-1328153 ، الموجود في إنترون من الجين المشابه للشفة المشقوقة والحنك الغشائي 1 (CLPTM1L) و 30 كيلو بايت من إنزيم النسخ العكسي للتيلوميراز (TERT) ، النتائج في الإفراط في التعبير عن ستة جينات متجاورة وأربعة من هذه الجينات [TERT ، CLPTM1L ، تفاعل مستقبل هرمون الغدة الدرقية 13 (TRIP13) ، lysophosphatidylcholine acyltransferase 1 (LPCAT1)] معروفة بأنها مرتبطة بالسرطان (52-54).

في الآونة الأخيرة ، تم تطوير طريقة إحصائية لتحديد العناصر التنظيمية البعيدة مع الطفرات الدافعة الافتراضية في سرطان الثدي ، لتحديد DHS في التسلسلات الجينية غير المشفرة المرتبطة بالطفرات الهامة في سرطان الثدي والتعبير غير الطبيعي للجينات المجاورة ، والتي قد تكون مهمة في تطور السرطان (55). تم الإبلاغ عن طفرة chr5: 1325957-1328153 في منطقة DHS في سرطان الثدي مرتبطة بالإفراط في التعبير عن عزر ثلاثي الجينات الورمية يحتوي على 27 (TRIM27). بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على نشاط غير طبيعي مع طفرة chr6: 28948439-28951450 في منطقة DHS. باستخدام بيانات من أطلس جينوم السرطان (TCGA) والتصنيف الجزيئي للتحالف الدولي لسرطان الثدي (الأيض) ، وجد Guo et al (56) متغيرين وظيفيين افتراضيين ، rs62331150 و rs73838678 ، يقعان في موقع DHS ومنطقة ربط عامل النسخ. من بينها ، ارتبط rs62331150 بالتعبير عن tet methylcytosine dioxygenase 2 (TET2) في أنسجة الثدي الطبيعية وأنسجة الورم. تم العثور على اثنين من SNP (rs12309362 و rs9970827) مرتبطين بشكل كبير بتقليل خطر الإصابة بسرطان الخلايا الكبدية (HCC) عن طريق قياس الطفرات في ذروة DHSs في 1538 مريضًا مصابًا بسرطان الكبد و 1465 عنصر تحكم طبيعي (57).

كشفت دراسة عن الانتباذ البطاني الرحمي ، من خلال إعادة تسلسل 1.29 ميغابايت لمنطقة 9p21 ، أن طفرة rs17761446 في DHS كانت مرتبطة بالانتباذ البطاني الرحمي ، وكان لأليل G الوقائي في هذا الموقع تفاعل قوي مع مروج ANRIL. أكد المزيد من تحليل الترسيب المناعي للكروماتين أن أليل G الواقي له أيضًا قدرة ربط تفضيلية مع عامل النسخ 7-like 2 ، EP300 وقد يكون متورطًا في تطوير الانتباذ البطاني الرحمي (58).

كشفت الدراسات التي أجريت على سرطان البروستاتا وخلايا سرطان الثدي أن أنماط DHS المختلفة لمستقبلات الأندروجين (AR) ومستقبلات هرمون الاستروجين 1 (ESR1) كانت ذات قيمة تنبؤية عالية لربط مستقبلات الهرمونات وقد تشارك في تطوير هذه الأنواع من السرطان. يمكن للقياس الكمي لتغييرات DHS أن يتنبأ بمواقع الربط لعوامل النسخ المسببة للاضطراب (59).

بعد تنشيط نسخ AR في خلايا LNCaP ، تم اكتشاف 244 منطقة منظمة و 486 منطقة DHS يمكن الوصول إليها خاضعة للتنظيم لتكون مواقع مرشحة لمزيد من التحقيق ، والتي قد تكون مرتبطة بسرطان البروستاتا. يعتبر كل من CTCF وعامل النسخ ELK1-ETS من العناصر المُنظِّمة الأولية المحتملة ، والتي تكون غنية بمناطق المروج المفتوحة للجينات الخاضعة للتنظيم. مثبط بروتين HLH 1 المرتبط بالحمض النووي (ID1) هو عامل النسخ الوحيد الذي يتم تنظيمه بشكل كبير ، مما يُظهر إثراء التسلسل الأساسي في منطقة المروج للجين المنتظم. لذلك ، قد يكون CTCF و ELK1 و ID1 أهدافًا محتملة لعلاج سرطان البروستاتا (60). تظهر الأدلة المتزايدة أن التغييرات في التعبير عن BMP4 لها دور في التسبب في السرطان ، والذي يرتبط بنقائل السرطان وتطوره ، بما في ذلك سرطان المستقيم وخلايا الكبد والمبيض (61). من أجل تحديد خصائص وسطاء نسخ BMP4 في سرطان الثدي ، تم تحليل RNA-Seq و DNase-seq في خلايا سرطان الثدي T-47D و MDA-MB-231 المعالجة بـ BMP4. تم التأكيد على أن MBD2 وعامل الارتباط الأساسي β والعامل المحفز لنقص الأكسجة 1α كانت منظمات المصب لإشارة BMP4 ، والتي عززت هجرة الخلايا وتقليل نمو الخلية (62).

في علاج الأورام ، وخاصة في ابيضاض الدم النخاعي الحاد (AML) ، تم العثور على عدم التجانس داخل الورم الناجم عن التطور النسيلي ، والذي قد يكون له تأثير على تأثير العلاج. من أجل حل هذه المشكلة ، تمت مقارنة إمكانية الوصول إلى الكروماتين للنسخ الفرعية من AML مباشرة باستخدام تحليل المجموعات غير الخاضعة للإشراف. تم اكتشاف وتأكيد الاختلافات الملحوظة في منظر الكروماتين وتنظيم النسخ بين الحيوانات الفرعية. أشارت البيانات إلى أن المسوح السكانية الصحية المشتركة للنسخ الفرعية الفردية من AML سيطرت في تحليل المجموعات على DHSs الخاصة بالاستنساخ الفرعي ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تأثير طفرات المؤسس المشتركة في DHSs في كل استنساخ فرعي من AML. يتم التعبير عن DHSs الخاصة بالاستنساخ وعامل النسخ المرتبط بالجري وزخارف ETS بكثرة في نسختين من DHSs ، على الرغم من أن أشكال GATA وفيرة بشكل خاص في استنساخ FLT3-WT (63). قد تكون استراتيجية محتملة لاستخدام تحليل DHSs لتحسين تأثير العلاج ، خاصة بالنسبة لتلك الأنواع من السرطان مع ميزات عدم التجانس داخل الفخذ.

تم الإبلاغ عن أن الاختلاف الجيني في DHSs مرتبط بالسرطان (64). من خلال تحليل 1،161 عينة من السرطان البشري من 14 نوعًا من السرطان ، تم تعيين ملفات تعريف DHS وتوزيعات SNP لربطها بنشاط المروج ، والتي شارك بعضها في إصلاح ختان النوكليوتيدات التفاضلية (NER) وأسفرت عن التسرطن (48). تمشيا مع هذه النتيجة ، تُظهر الخرائط على مستوى الجينوم لمناطق NER أن قدرة إصلاح استئصال النوكليوتيدات قد انخفضت مع حدوث طفرة في DHS لمناطق محفز الجينات.

أفاد جين وآخرون (33) أنه تم التعرف على الآلاف من DHSs الخاصة بالورم في الخلايا التي تم تشريحها من عينات سرطان الغدة الدرقية الجريبي المثبتة على شرائح مثبتة بالبارافين مثبتة بالفورمالين. تم الإبلاغ عن العديد من DHSs مرتبطة بتطور سرطان الغدة الدرقية (33). ترتبط طفرة de novo (chr18: 52417839 G & gtC) في DHS الموجودة في اتجاه مجرى جين TXNL1 بتكوين سرطان الغدة الدرقية. تم الإبلاغ عن أن rs62331150 الموجود في منطقة المروج و rs73838678 الموجود في منطقة محسن الجين ، زاد من خطر الإصابة بسرطان الثدي. تم العثور على هذين الموقعين SNP في حالة اختلال توازن مع rs9790517 من الجين TET2 المجاور (55). وجد أيضًا أنه في العينات ذات الطفرة في مواقع rs12309362 و rs9970827 ، انخفض خطر الإصابة بسرطان الكبد بشكل ملحوظ (57).

تم تحديد عشرة DHSs على أنها تحور مع تعبير غير طبيعي للجينات المستهدفة في سرطان الثدي (55). الطفرة في DHS chr5: 1325957-1328153 ، كانت موجودة بتردد عالٍ في الخلايا السرطانية ، مما أدى إلى ارتفاع مستوى نسخ بعض الجينات القريبة منها ، بما في ذلك TERT و CLPTM1L و TRIP13 و LPCAT1 ، والتي تم تأكيدها. المرتبطة بالسرطان (52،53،65). تم العثور على الطفرات في DHSs chr5: 1325957-1328153 لتؤدي إلى التعبير العالي عن TRIM27 ، وتسببت بعض الطفرات في هذه المنطقة في الوصول غير الطبيعي لـ DHS chr6: 28948439-28951450 ، والتي ترتبط بالسرطان.

يمكن تحفيز نمط الـ DHS بواسطة الهرمونات من خلال تنظيم القدرة الملزمة لـ AR و ESR1 في خلايا سرطان البروستاتا وخلايا سرطان الثدي. بعد الارتباط بـ AR أو ESR1 ، تم العثور على فرط حساسية DNase I لتسلسلات معينة ، وتغير شغل النوكليوزوم الإقليمي لربط AR ولكن ليس لربط ESR1b ، مما يشير إلى أوضاع تفاعل مختلفة في تنظيم AR و ESR1 (59).

في تحليل علم الوجود الجيني ، تتوافر الجينات المرتبطة بـ DHSs الخاصة بالورم في العمليات البيولوجية ، بما في ذلك تنظيم نشاط GTPase والاستجابة لنقص الأكسجة ، والمسارات المرتبطة بالسرطان.يمكن أن يوفر فهم ديناميكيات إمكانية الوصول للكروماتين في عملية حدوث المرض وتطوره نظرة ثاقبة حول كيفية تنظيم مصير الخلية ، وكيفية تنظيم أنظمة النسخ وتنظيمها في الأنسجة المختلفة وكيف يتم تدميرها في حالات المرض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي تطبيق DHSs في البحوث الطبية الحيوية إلى توسيع مجال تحليل تنظيم الجينات الانتقائي للخلايا ، مما يتيح تحديد الأنماط التنظيمية بعيدة المدى للنظام والظواهر غير الموصوفة سابقًا ، مثل أنماط تنشيط DHS ومعدلات الطفرات في غير الطبيعي و خلايا خالدة.

6. مناقشة

على الرغم من أن DHSs تحتل جزءًا صغيرًا من الجينوم البشري ،

2٪ من الجينوم ، قد تشارك نسبة كبيرة نسبيًا من البكتيريا في إنشاء شبكات تعبير جيدة التنظيم في كل نوع خلية وبالتالي تساهم في مسببات مرض معين. يساعد التحديد الشامل للتوزيع والمكونات والأنشطة البيولوجية للـ DHSs في رسم خريطة للعناصر الكيميائية الوظيفية وتصنيفها. يعد تحديد الكائنات الحية الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية لتوضيح آلية تنظيم التعبير الجيني الذي تقوم عليه الأحداث البيولوجية ، وتطور بعض الأمراض وتطورها.

حتى الآن ، تظل تقنية DNase-seq واحدة من أكثر التقنيات كفاءة للكشف عن العناصر التنظيمية المعروفة وغير المعروفة للخلايا المستهدفة المتنوعة. أصدر Cooper et al (32) بروتوكولًا مفصلًا في Nature قد يسهل انتشار تحليل DNase-seq. ومع ذلك ، فإن عدد الباحثين القادرين على استخدام تقنية التقاط DHS عالية الإنتاجية محدود. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المعالجة الدقيقة مطلوبة بسبب الضوضاء العالية في الخلفية. لا تمثل الصعوبات في إجراء التجارب التحدي الأكبر بالنسبة لتطبيقها الأوسع نطاقًا ، حيث يصعب تحليل المعلوماتية الحيوية بالنسبة لغالبية المختبرات. إن عدم كفاية عدد فنيي المعلوماتية الحيوية ، خاصة أولئك الذين لديهم مهارات البرمجة المطلوبة والإلمام بهذا المجال ، هو الشاغل الرئيسي. مطلوب استغلال البرامج أو الأدوات عبر الإنترنت لتبسيط تحليل المعلوماتية الحيوية وتمكين الباحثين من فهمها بسهولة.

على الرغم من أن الأدلة قد حددت ارتباطًا بين DHSs والأمراض ، فإن استخدام DHSs كعلامة للتنبؤ ، والوقاية والتشخيص قبل السريري لا يزال يمثل تحديًا بسبب تعقيد تنظيم ملف تعريف DHS. قد يزيد عدم اليقين من التنبؤ على مستوى الجينوم بالعديد من البكتيريا و DHS المحددة المتعلقة بوظيفة الجين من التحدي المتمثل في تطبيقه في الممارسة السريرية. يجب أن يركز العمل المستقبلي على التحقيق في الأساليب الأكثر دقة لتحديد موقع DHS بدقة ، والمساعدة في الكشف عن الآليات الكامنة وراء اختلافات التعبير الجيني ، وتحديد كيفية تعديل إمكانية الوصول إلى الكروماتين ، وكشف كيف أن التغييرات في ربط عامل النسخ مدفوعة بالاختلافات الجينية ، وتوجيه كيفية الدمج DHSs في الممارسة السريرية.

شكر وتقدير

التمويل

تم دعم هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 81671473) ، والمواهب الرئيسية لمقاطعة جيانغسو (رقم المنحة WSW-108 و FRC201754) ومشروع فريق الابتكار في Wuxi (المنحة رقم CXTDJS003).


شاهد الفيديو: Whats the different between the red cross, red crescent and red crystal? Working For The ICRC (شهر فبراير 2023).