التكنولوجيا الحيوية

اعادة البرمجة المتطورة بواسطة الاستيروجينات البيئية كيف تؤثر تعرضات الحياة المبكرةعلي خطورة السرطان في سن البلوغ

)*(

Developmental Reprogramming by Environmental Estrogens How Early Life Exposures Affect Cancer Risk in Adulthood هناك اجماع بأن التطور هو وقت التعرض الزائد للتأثيرات العكسية للعوامل البيئية .ولقد أدت المشاهدات في كلا من البشر ونماذج الحيوان التجريبية الي "ظهور منظور للصحة والمرض" اوما يسمي ب DOHaD hypothesisالتي تفترض ان التعرض البيئي اثناء تطور اعادة برمجة الجينوم المتعلق بالعوامل البيئية epigenomeيؤدي لأمراض سن البلوغ وخاصة السرطان .ولقد أكدت بيانات epigenomeالحديثة ان التغيرات في كلا من مجموعة الميثايل بالحامض النووي DNAواشارات ميثايل الهيستون histone methyl marksيصاحبهااعادة برمجة متطور وترتبط بالتعرضات البيئية التي تزيد من التعرض لمرض السرطان ،كما ان اعادة برمجة ال epigenome عن طريق التعرض البيئي اثناء نوافذ التأثير والتعرض للتطور تظل معلقة حتي تحدث بواسطة احداث الحياة المتأخرة والتي من أمثلتها سن البلوغ .pubertyومطابقة التغيرات الوراثية المتعلقة بالعوامل البيئية الحرجة المصاحبة لاعادة البرمجه المتطور تساعد في تطوير المرقمات الحيوية التي تستطيع مطابقة الافراد المستقلة individualsعند خطورة السرطان الزائدة نتيجة للتعرض البيئي عند الاعمار المبكرة .وعلاوة علي ذلك فانه نظ ار لان التغيرات الوراثية المتعلقة بالعوامل البيئية تعتبر عكسية فانه من الممكن مستقبلا عكس التاثيرات العكسية لاعادة البرمجه المتطور في الأفراد المتأثرين عند الخطورة الزائدة لمرض السرطان كنتيجة للتعرضات البيئية عند الاعمال

المبكرة.

الظهور المتطور للصحة والمرض The development origins of health and disease تعرض الانسجة أو الأعضاء المتطورة لتنبيه عكسي اثناء الفترات الحرجة للتطور ،ويبرمج بصفة مستمرة الاستجابات الفسيولوجية الطبيعية للمرض المتأخر في العمر .ولقد تأكد تماما ان هذه البرمجة المتطورة تستطيع ان تزيد من خطورة العديد من الأمراض التمثيلية في سن البلوع .ومن أمثلة هذه الأمراض :مرض السكر diabetesومرض القلب cardiovascularولقد ثبت حاليا ان اعادة البرمجه المتطور يزيد من خطورة مرض السرطان كما هو واضح في جدول) .(٢٦ولقد أظهرت دراسات بحثية عديدة ان النساء اللاتي لهن أوزان مواليد اقل لها أعلي معدلات لمرض انسداد الشريان التاجي للقلب coronary heartفي سن البلوغ وكذلك زيادة توترها .والظهور المتطور للصحة والمرض يؤكد أن زيادة خطورة المرض في سن البلوغ يكون نتيجة لبيئة متطورة عكسيا تجعل اعادة برمجة الخلية والنسيج تستجيب للإشارات الفسيولوجية الطبيعية بطريقة تزيد من

التعرض للمرض.

اثناء التطور يحدث تمييز للعضو والنسيج عن طريق سلسلة مستمرة من الأحداث الجزيئية والكيموحيوية والجزيئية ومن مراحلها الأبكر توجه هذه العملية بواسطة برامج وراثية للعوامل البيئية علي الجينوم genomeبواسطة epigeneticوالتي من امثلتهاانزيمات نقل الميثايل للهيستون

وانزيمات نقل الميثايل للحامض النووي .DNA

)*( ترجمة وإعداد ومراجعة أ.د.أسامة محمد الحسيني

١٩٣

جدول ) (٢٦امراض البالغين المتعلقة باعادة البرمجة المتطور بواسطة التعرض البيئي

أمراض الانسان والاضطرابات العصبية

allergic disorders

اصابة الجسم بالحساسية

cancer

مرض السرطان

Cardiovascular disease

مرض القلب

Diabetes

مرض السكر

obesity

مرض السمنه

Schizophrenia

مرض انفصام الشخصية

وفي حالة تعديلات الهيستون فإن البرامج الموضوعة بواسطة الكتاب writersمن "كود الهيستون" histone codeيتم تفسيرها بواسطة القراء Readersويتم تعديلها بواسطة انزيمات نزع الميثايل للهيستون وتظهر اشارات ميثايل ال epigeneticبصفة اساسيةعلي الهيستونات H4, H3بواسطة الحامض الأميني ليسين Kاو بقايا الحامض الاميني ارجنين Rاللذان يعتبران احادي ثنائي او ثلاثي الميثايل ويستطيعا تنشيط او اخماد التعبير الجيني وتعديلات الأنماط الجينية الخاصة للهيستون والتي من أمثلتها البروتينات المحتوية علي plant homeodomainولا سيما جينات العوامل الخارجية الاخري مثل .methytransferases DNA ولقد بدأ الآن إدراك أن البرمجة المتطورة تظهر درجة عالية من الليونه ويتم تعديلها بواسطة كلا من العوامل الخارجية )مثل :الكيماويات البيئية( والعوامل الداخلية )مثل :الأم (maternalويعتقد ان هذه الليونه تعطي فرص لتعديل برمجه الجينات الخارجية epigeneticالمسئولة عن صفوف بيئيه خارجية وداخلية ومن ثم تساعد الكائن المتطور في اعداد بيئته الناضجة adult environmentوبسبب الطبيعة الوراثية لهذه التعديلات الوراثية الخارجية فان التعرض لعامل بيئي يمزق وضع برامج الجينات الخارجية مما يزيد من خطورة المرض في سن البلوغ والتي منها

خطورة تطور مرض السرطان.

دليل من دراسات الانسان من أجل اعادة البرمجه المتطور لقابلية الاصابة بالسرطان :

Evidence From Human Studies For Developmental Reprogramming Of

Susceptibility:

حتي الان الأورام الخبيثة المرتبطة بالهرمونات للقناة التناسلية بكل من الذكور والاناث تمد بدليل قوي لاعادة البرمجه المتطور للإصابة بمرض السرطان نتيجة التعرض البيئي في المراحل الأولي من الحياة .فلقد اعطي الاستيروجين المخلق Diethylstilbestrolللأم الحامل في الفترة الزمنيه ١٩٤٠حتي ١٩٧٠لمنع صعوبات الحمل .وفي اوائل السبعينات من القرن التاسع عشر لوحظ ان بنات الأمهات اللاتي اعطي لها هذا الهرمون اثناء المراحل الأولي كانت ذات قناة تناسلية غير سوية )الرحم يشبه حرف Tووجود أورام خبيثة بعنق الرحمن وزيادة معنوية في معدل الأورام الخبيثة بخلايا المهبل( .وبالمتابعة المستمرة لبنات الأمهات المعاملة بهرمون الاستيروجين المخلق لوحظ زيادة سرطان الصدر بهن )٣-٢مرات مقارنه ببنات الأمهات غير المعرضة للإصابة( وكذلك زيادة سرطان غدة البروستاتا في أبناء هذه الأمهات .وفي الذكور ارتبط سرطان الخصية بالتعرض البيئي في المراحل الأولي من الحياة وهي من إحدي سمات الأعراض المرضية للخصية T Sالتي من أمثلتها :رداءة نوعية الحيوان المنوي والخصية غير المدلاة .ولقد دعمت الدراسات التجريبية التي اجريت علي الانسان والحيوان الارتباط بين TDSوالتعرض للمركبات الممزقة للهرمونات المفرزة بالدم )الاستيروجينات البيئية مثل هرمون الاستيروجين المخلق ومضادات الاندروجين( اثناء

تطور القناة التناسلية الذكور.

١٩٤

اعادة البرمجه المتطور للتعبير الجيني:

Developmental Reprogramming Of Gene Expression :

هناك برهان علي أن اعادة البرمجة المتطور يحدث تغيرات وراثية خارجية يمكن اكتشافها في الأنسجة قبل تطور الورم الخبيث في الانسجة التناسلية تظهر التعديلات المتواصلة في ميثلة

HoxA10

,

في

المتطور

البرمجة

واعادة

DNA

النووي

الحامض

Ltflactotransferrinphosphodiesterase type 4ولقد أوضحت الدراسات التي اجريت مع DESان هرمون الاستيروجين البيئي يحدث aberrant methylationلمواضع CpGمعينه في

Fos, Lifفي رحم الفئران.

ولكن في الدراسات الحديثة لوحظ ان التعرض لهرمون الاستيروجين البيئي المتطور أدي الي تعديل التعبير الجيني وشجع عملية الميثلة لجينات ال Hoxالتي تلعب دور رئيسي في تطور الرحم.

ونتج عن التعرض لهرمون الاستيروجين المخلق زيادة الميثلة وتقليل التعبير الجيني لل HoxA10 ونتج ايضا عن التعرض ل BPAانخفاض عملية الميثلة وزيادة مستقبل الاستيروجين وزيادة التعبير الجيني HoxA10في الرحم البالغ ،وبالمثل فان تعرض الفئران لهرمون الاستروجين المخلق احدث قلة عملية الميثلة المتواصلة لل Nsbp1 promoterوزيادة التعبير الجيني لهذا الجين في الرحم علي مدار الحياة وصوحب ذلك بزيادة خطورة الأورام الخبيثة برحم اناث الفئران

البالغة.

أظهرت دراسات بحثية اخري ان تعرض الرحم الي الاستيروجينات البيئية المعاد برمجتها للجينات المستجيبة للإستيروجين والتي من ضمنها matrix metalloproteinase 3 9 calbindin protein D9Kأدي الي أنها اصبحت اكثر استجابة للأستيروجين .وفي غدة البروستاتا لوحظ ان Pde4D4وهو ناتج الجين الذي ينظم مستويات CAMPوداخل الخلية يتم اعادة برمجة تطوره بالاستجابة الي التعرض للأستروجين الخارجي .ومن جهة اخري هذا الجين يجتاز عملية الميثلة المتواصلة في غدة البروستاتا الناضجة للحيوانات المعرضة للأستراديول estradiolوينتج عن اعادة البرمجة الجينية الخارجية تعبير جيني زائد لل Pde4D4ويرتبط بذلك القابلية الزائدة لتطور

الأورام الخبيثة في البروستاتا.

في بعض الحالات يظل تأثير إعادة البرمجة المتطور للجينوم الخارجي ساكنا Dormantحتي يستخدم بالاستجابة لاحداث الفترة الاخيرة للبلوغ والتي من امثلتها وجود هرمونات الاستيرويد المبيضية .ولذلك عندما يصاحب بعض تغيرات الجينات الخارجية اعادة البرمجة المتطور التي يمكن ملاحظتها في الحال عقب التعرض فإن برامج الجينات الخارجية )مثل :ميثلة CpGالمعدل( وحساسية المرض المعدل ربما تظهر فقط متأخرة في الحياة وذلك مع التعرض البيئي .كما ان رحم البالغين من الحيوانات المعرضة لمعاملته بهرمون الإستيروجين المخلق يظهر تعديلات في ميثلة جين lifبعد سن البلوغ وبالمثل فان التعرض في الحياة مبك ار لهذا الهرمون المخلق يمكن من اعادة برمجة ميثلة جين NsBp1مسببا تنشيط هذا الجين ليصبح hypomethylatedفي الرحم

البالغ.

١٩٥

جدول )Epigenetic changes detected in at-risk tissues prior to tumor (٢٧

development

References

)(Bromer et al. 2009

)(Bromer et al. 2010

)(Ho et al. 2006

(Li et al. 1997, McLachlan et

)al. 2001

(McLachlan et al. 2001, Li et

)al. 2003

)(Tang et al. 2008

Exposure

Reprogrammed

phenotype

Hypomethylation,

constitutive

expression

Hypermethylation,

reduced

expression

Elevated expression

Elevated expression

BPA

DES

Prostate

Uterus

PDE4D4

LTF

Elevated expression

DES

Uterus

FOS

Elevated expression

DES,

Genistein

Uterus

HMGN5

BPA

Tissue/

organ

Uterus

Gene

HOXA10

DES

وفي النهاية ،فانه في فئران Eker ratsتقوم ovariectomyقبل سن البلوغ بازالة تأثير اعادة البرمجة علي التعبير الجيني وتطور ورم الرحم الخبيث .وكما هو مذكور من قبل فإن تعرض الرحم المتطور لبرامج الاستيروجينات المتطورة وكثير من الجينات المستحبة تصبح عاليه الاستجابة للهرمون .وهذا التعبير الجيني الزائد يعتمد علي وجود هرمون استيرويد المبيض وقبل سن البلوغ تقوم Ovariectomyبازالة كلا من تأثير اعادة البرمجة علي التعبير الجيني وتطور ورم المبيض

الخبيث.

الميكانيكيات المسئولة عن السكون dormancyتظل واضحة ومن جهة اخري تحدث بداية اعادة البرمجه الجينوم الخارجي المتطور تغيرات في ميثلة الهيستون histone methylationالتي توجه تغيرات آخر العمر في ميثلة الحامض النووي DNAعند مواضع CpGوالتي من امثلتها الاستجابة للتعرض الهرموني اثناء سن البلوع .وفي مثل هذا الموقف لا تظهر الانماط المعدلة لميثلة الحامص النووي DNAحتي بعد سن البلوغ عندما تظهر تغيرات في ميثلة .CpG اتصال التعرض البيئي باعادة برمجة الجينوم الخارجي:

Linking Environment Exposures To Repreogramming Of The Epigenome:

حديثا تعرفنا علي ميكانيكية مباشرة من خلالها تستطيع الاستيروجينات البيئية تمزيق آلية الجينات الخارجية للخلية اثناء اعادة البرمجة المتطور والاستيروجينات الخارجية تستطيع الالتحام بمستقبل الاستيروجين المرتبط بالغشاء ERلتنشيط اشارات ال Erغير الجينومي وهذا ينشط اشارات AKT , P13Kكينيز .كما ان فسفرة الحامض الاميني سيرين serineلل EzH2في الرحم المتطور بواسطة AKTلا ينشط EZH2ويقلل من مستويات H3K27 me 3 methylفى الرحم المتطور.

منافذ الحساسية لاعادة البرمجة المتطور:

Windows Of Susceptibility Of Developmental Programming :

توقيت التعرض اثناء التطور له دور هام لاعادة البرمجه المتطور بواسطة العوامل البيئية وبعض الانسجة مثل الصدر التي تستمر في التطور جيدا عند سن البلوغ تكون نافذة الحساسية كبيرة وتمتد من الرحم الي أول فترة حمل كاملة .وفي الرحم يستكمل التطور في أول trimesterفي الانسان وفي الاسابيع القليلة الأولي لحياة neonatalفي الحيوانات القارضة roduentsوقد وجد انه في الفئران EKerتقترب نافذة الحساسية في الرحم حول اليوم السابع عشر من Postnatal ولوحظ ايضا ان الفئران المعرضة للأستيروجينات الخارجية قبل اليوم السابع عشر اظهرت اعادة برمجة متطور للجينات المستجيبة للأستيروجين وزودت من اخماد اختراق جين الورم الخبث.

١٩٦

شكل ):(١٤

Mechanism of action of xenoestrogen-induced developmental reprogramming.

Exposure to xenoestrogens activates non-genomic (or more accurately “pre)”genomic cell signaling pathways such as PI3K/AKT kinase signaling, which in turn phosphorylates HMTs to modify their methyltransferase activity leading to

reprogramming of the epigenome

في القناة الهضمية للإناث يظهر التطور في بيئة الاستيروجين البسيطة حيث تقوم المستويات العالية البروتينات المرتبطة بالهرمون والتي من امثلتها الفا فيتوبروتين AFPبحماية الرحم المتطور من هرمونات الأم للحمل ،واثناء حياة neonatalمن الاستيروجين الناتج بواسطة الاعضاء )مثل غدة الادرينال( وكثير من الاستيروجينات البيئية لا يمكن التعرف عليها بواسطة البروتينات المرتبطة بالهرمون .وفي نموذج فئران Ekerيتمشي توقيت نافذة اغلاق closureمع الفترة عندما يتوقف الكبد عن انتاج AFPوتتضح البروتينات المرتبطة بالهرمون من neonateوبعد هذا الوقت تتعرض الخلايا والانسجة الي مستويات منخفضة من الاستروجينات الداخلية ،ربما تعرف نافذة حساسية اعادة البرمجة المتطور كفترة عندما يتطور الرحم في بيئة الاستروجين البسيطة وذلك بعد اليوم السابع عشر حيث يكون الرحم جاه از لرؤية الاستروجينات ولذلك فان التعرض لكلا من الاستروجين الداخلي والاستروجين البيئي لا يمزق برمجة الجينات الخارجية.

١٩٧

الاستنتاجات :Conclusions

هناك اجماع علي ان التطور هو توقيت الحساسية الزائدة لتأثيرات التعرض البيئي العكسي وأن اعادة برمجة الجينوم الخارجي بواسطة التعرض البيئي مبك ار في الحياة يستيطع تحديد خطورة أمراض الكثير من البالغين وذلك قبل بداية المرض .وبالتبعية فان في الافراد المعرضين لتأثير اعادة البرمجة بواسطة التعرض البيئي اثناء نوافذ التأثر ربما لا يظهر لمدة سنوات أو عقود زمنيه.

من جهة أخري فان كلا من الفترة الطويلة اللازمه لاظهار اعادة البرمجة المتطور والطبيعة العكسية للتعديلات الجينيه الخارجية تتيح فرص للتداخلات لكي تبطل التأثيرات العكسية لاعادة البرمجة المتطورة كما ان زيادة معرفتنا بالأهداف اللازمه لاعادة البرمجة المتطور يعتبر وعدا للتعرف علي المرقمات الحيوية للتعرض وكذلك الخطورة الزائدة ولا سيما معالجات الجينات الخارجية المتطورة التي تبطل تأثيرات اعادة البرمجة المتطور لخطورة مرض السرطان.

الجينات الخارجية لسرطان )الأورام( الإنسان Humen Cancer Epigenetics إن عمليات العوامل الخارجية غير الوراثية تنشأ كطبقة منظمة مركزية فى الخلية ويتم التعرف عليها كبصمة "كصفة مميزة" فى السرطان )الأورام( والأمراض الأخرى .وتظهر بروفيلات مثيلة الحمض النووى DNAالممزقة والتعبير الجينى للحامض النووى RNAغير المشقر وأنماط تعديل الهيستون فى جميع خطوات تطور الورم الخبيث .ولقد أمدتنا تكنولوجيات Cutting-edgeبرؤى جديدة داخل فسيولوجيا الخلية وسمحت للباحثين بإجراء المزيد من دراسات العوامل الخارجية غير الوراثية الشاملة .وفى مرض السرطان أفادت المرقمات الحيوية فى معرفة سلوك الخلية المسرطنة وتعديلاتها الوظيفية وخاصة التغيرات فى مثيله الحامض النووى .DNAوهذه الدراسة تستهدف تلخيص المراجع الحديثة المتعلقة بتقدم الجينات الخارجية لتفهم تقدم وتطور الورم الخبيث مع تركيز خاص على تعديلات مثيله الحامض النووى DNAوقيمتها سريريا Clinicalمن أجل رعاية مرض

السرطان.

المقدمة : Introduction

تخصص العوامل الخارجية غير الوراثية فى دراسة التعديلات الكيماوية المورثة التى تؤثر على أنماط التعبير الجينى بدون تعديل كود "شفره" الحامض النووى .DNAولقد إستخدم مدى واسع من العمليات فى جميع خطوات ontogenyوتأثيرها على جميع أنماط الخلايا فى الكائن الحى .وفى الواقع يتصف كل نمط خلية بجينوم خارجى فريد يتحكم فى ترجمة ونسخ الجينوم وتقدير النمط

المظهر )الباحث Estellerسنة .(٢٠٠٩

تستخدم عمليات الجينات الخارجية فى ضبط برامج النسخ :transcriptional programsمثيله الحامض methylation DNAعند -٥ميثايل-سيتوزين ،تعديلات هيستون كثيرة جدا ،القطع الصغيرة للحامض النووى DNAوالنواسخ Transcriptsالأخرى غير المشفرة ،والعمليات الأخرى المصاحبة لمعقدات البروتين التى تعيد صياغة "تشكيل" الكروماتين ديناميكيا وضبط مستويات النسخ )الباحثان Portela and Estellerسنة .(٢٠١٠

ميثلة الحامض النووى : DNA Methylation

تعتبر DNA methylationأحسن عملية للعوامل الخارجية غير الوراثية المتخصصة وهذه العملية تحدث عند الموضع ٥للستيوزينات التى يليها الجوانين ويسمى هذا الموضع CpGالذى يتجه الى مناطق معينة غير الجينوم.وفى جنيوم الثدييات والنباتات يمثل -٥مثيايل ستيوزين %٦-١من النيكليوتيدات وتشكل القواعد النيتروجينية الثنائية ستيوزين جوانين CGجزر CpGالتى تكون

١٩٨

مناطق ١٠٠٠قاعدة مع وجود CGزائدة وغياب متكرر للميثلة ،ورسم مواضع بداية نسخ % ٧٠

من الجينات المحشوة .annotated genes

وعلى العكس تماما هناك أيضا CGIsمركزة عند المناطق الجينية الداخلية التى تعين وجود مشجعات بديلة ،مواضع بدءا النسخ ) (TSSوالنواسخ غير المشفرة ومحفزات النسخ.

الإنزيمات المعدلة للمثيلة الحامض النووى DNAهى :

DNA methyl Itransferases (DNMTs) DNMT1,DNMT3A and DNMT3Bوالإنزيم الأول من هذه الإنزيمات ضرورى للمحافظة على إستم اررأنماط مثيله الحامض النووى DNAأثناء تكرار الحامض النووى DNA replicatiobnبينما تقوم الإنزيمات DNAMT3A and DNMT3Bبإضافة مجموعات ميثايل وخاصة أثناء التطور .ولقد أظهرت الجينات المصاحبة "المرتبطة" ب CpGإرتباط عكسى واضح بين النسخ ومستويات الميثلة للمناطق المتعرف عليها الجديدة مناطق مجاورة للقواعد النيتروجينية ."CGIsكما أن زيادة عمليات الميثلة hypermethylationالتى تتم عند هذه المناطق والتى تمتد الى CGIsتعدل من أنماط الميثلة التى تظهر بواسطة النسيج .وفى هذه الحالة تحدث عملية الميثلة بقلة الى مسافة أبعد )٣-٢ (rilobasesمن القواعد النيتروجينية العضوية .CGIsوهذا يتفق مع مفهوم فقد المطابقة الخلوية celluler identityعقب النسخ وذلك لأن برامج النسخ تعدل من تغيرات ميثلة الحامض النووى

DNAعبر الجنيوم.

تعديلات الهيستون : Histone Modifications

تتشكل طبقة منتظمة أخرى للعوامل الخارجية غير الوراثية بواسطة تعديلات مترجمة عالية تحدث عند نهاية بروتينات الهيستون .وهذه التعديلات لها دور هام فى تنظيم مناعة الكروماتين بواسطة التأثيرات المتداخلة داخل النيكلوسومات nuleosomalوتحديد الإنزيمات المعدلة للكروماتين التى تحدد تكوين الكروماتين التى تؤثر على ميكانيكية النسخ .وتعتبر عمليتى الميثلة methylation والأستيله acetylationمن أحسن التعديلات المميزة للهيستون بالإضافة الى التعديلات الأخرى مثل histone phosphorylation,adenylation,ADP-ribosylation :ويحافظ على مستويات أستيل الهيستون histane acetylationبواسطة التأثير المعاكس لإنزيمات نقل الأستيل histone (HATs) acetyltransferasesوانزيمات نزع الأستيل .(HDACs) deacetylasesفالأنزيمات الأولى مسئولة عن الليسين) ،(ac) acetylation (kوبتلك الوسيلة يتم معادلة الشحنات الموحبة ويتسع التأثير المتداخل بين الحامض النووى DNAوالهستونات ويدعم التكوين المفتوح للكروماتين مما يسهل النسخ النشط .ومعظم التعديلات ) (H3kg,H3k14,H3k18,H3k27,H3k55,H4k5,H4k8تحدث على ذيول الهيستون .ومن جهة أخرى تحدث بعض تعديلات الهيستون داخل قلب كروى globular care مثل H3k56acوتعدل بواسطة إنزيمات نقل الأستيل CBP/p300عند مواضع عديدة .وتحدث عملية الميثلة للهيستونات عند الأرجنين والليسين كنتيجة لتأثير إنزيمات نقل ميثايل الهيستون ) (HMTcوانزيمات نزع الميثايل ) .(HDMsوالتعقيد الزائد لهذا التعديل يأتى من حقيقة أن الأرجنين يمكن أن يكون آحادى أو ثنائى الميثايل كما أن الليسين يكون أيضا آحادى أو ثنائى الميثايل كما أن الليسين يكون أيضا آحادى ،ثنائى وثلاثى الميثايل ,أيضا إضافة مجاميع الميثايل لا تغير من الشحنات الإلكترونية ،والتأثير على الكروماتين يعتمد على أى من الأحماض الأمينية يتم تعديلة وعلى درجة عملية الميثلة .فعلى سبيل المثال H4k20,H3kgتصاحبها نسخ نشط، بينما يعتبر كلا من H3kgو H4k20متخصصة للإخماد النسخ .وأيضا تمثل H3k4me3,H4k2ome1علامات معينة يتم إغناءها عند Tssومحفزات الجينات النشطة.

١٩٩

هناك حديث عرضى نشط بين تعديلات الهيستون التى ينتج عنها تأثيرات عكسية على الكروماتين ونسخ الجين الذى تم تصميمه كشفرة هيستون .histone codeولقد أصبحت التأثيرات المتداخلة ظاهرة بسبب التضاد المنافس بين إشارات marksتستهدف نفس الحامض الأمينى.

توزيع إشارات الهيستون عبر الجينوم لا يكون عشوائيا كما أن تعديلات معينة يتم تمثيلها فى مناطق الكروماتين .euchromatic or heterochromaticفعلى سبيل المثال يتم إغناء كروموسوم × غير النشط فى ،H3K27me3وتتصف السنتروميرات centromeresوالتيلوميرات telomeresبالمستوياتالعالية لل .H3Kqme3وبالعكس تعتبر euchrimatinأقل بيئة جينومية .والتعديلات فى هذا الكروماتين تؤدى الى عنقود Clusterعند العناصر النسخ المنظمة أو مواضع النسخ النشطة .كما أن الجينات المنسوخة النشطة يتم إغناءها فى H3K4me3عند TSSالتى تمنع تجديد DNMTsوتمددات H3K36me3على طول المناطق المنسوخة.

دراسات عديدة فى خلايا ساق الجنين تعرفت على تشابهات بين بيولوجى خلية ساق الجنين وتكون الأورام الخبيثة .neoplasiaوالبروتينات المعروفة لخلية الساق وعمليات تكون الأورام الخبيثة تشمل مجاميع ) trithorax,(trx) polycomb (sالتى تحافظ على تحت مجموعة الجينات تحت الظروف شبه السائدة أثناء مرحلة التمييز differentiationبتعليمها مع H3K4me3وتمثيل

H3K27me3حول .TSS

وفى هذه الطريقة الجينات التى تتحمل هذه الحالة الثنائية التكافؤ bivalentتستطيع أن تستدير على أو تنحرف بالإستجابة الى متطلبات الخلية .وهذه المجموعة من الجينات لا تستخدم محفزات عملية المثيلة فى الخلايا الجينية .وبالرغم من ذلك فإن % ٥٠من الجينات تمثيل فى الورم الخبيث الذى يحدث فى نفس الوقت ويتداخل مع هذه الجينات المستهدفة PcGممايقترح بأنه بالاستجابة للنواحى الخارجية سوف تكون بدايات الورم الخبيث بخلايا الساق مسكنة لهذه المجموعة من الجينات المولدة لتعداد الخلايا ذات المزايا الإختيارية التى تشجع تكوين المزيد من الأورام الخبيثة.

مواضع النيكليوسومات : Nucleosomal Positioning ديناميكية وضع النيكليوسومات nucleosomesبواسطة العوامل المعيدة لنمذ جة الكروماتين فى نمط الحامض النووى لها تأثير عميق على تكوين الكروماتين وتنظيم قابلية النسخ الى .TSSوعادة ما يصاحب وضع النيكليوسومات إخضاع جينى gene repressionحيث ترتبط إزاحتها بالنشاط الجينى .كما أن وضع النيكليوسومات لا يمثل فقط عائق فيزيقى لعمل عوامل النسخ ولكنه يؤثر أيضا على نمط ميثله الحامض النووى DNAعند النطاق الجينومى .ومن جهة أخرى لوحظ أن العناصر Cis-acting elementsوالتى من أمثلتها عناصر Sp1تتواجد قريبة لل TSSللجينات المترجمة والغنية فى H3K4me3وتحميها من عملية الميثله de novo mthylationأثناء التطور بواسطة وسائل إدامة هذه المواضع التى تتوافق مع جينات إخماد الأورام الخبيثة.

بالإضافة الى ذلك إتضح أن إشارات هيستون معينة تقوم بتجديد وسيطات معينة عقب نسخ الحامض النووى DNAمما يؤثر على إختيار موضع .site Spliceعلاوة على ذلك يعتبر موضع النيكليوسومات ممثلا حول الإكسونات exonsفى ٥٠منطقة للنيكليوتيدات سابقا ويلى الإكسونات.

والنيكليوسومات تلعب دور ديناميكى مقترنا مع باقى عمليات تنظيم الجينات الخارجية فى تشكيل

الكروماتين والتأثير على نشاط الجينوم.

الحامض النووى غير المشفر : Noncoding RNAs

حديثا درس بحثيا مستوى أخر للتنظيم الجينى الخارجى حيث أجرى تنظيم بواسطة الحامض الأمينى RNAsغير المشفر) .(nc RNAsوفيما بين ncRNAsكان micro RNAsالأكثر

٢٠٠

دراسة .ومن جهة أخرى هناك صفوف عديدة من nc RNAsتشتمل على RANAsصغيرة، RNAsغير مشفره Piwi RNAs ،وأخرى كثيرة ذات أدوار وظيفية تحت الدراسة حاليا.

لقد تم مطابقة micro RNAsفى C.elegansوتم التعبير الجينى عنها فى عدد وافر من الكائنات الحية .وأوضحت الكثير من الدراسات أن miRNAsضرورية من أجل تعديل برامج التعبير الجينى أثناء التطور والاستجابة المناعية وكثير من العمليات الأخرى .وتقوم micro RNAsبتعديل التعبير الجينى بواسطة تسكين الكروماتين ،تكسير الحامض النووى الرسول mRNAأو بإعاقة الترجمة عند الريبوسومات مما يؤثر على أكثر من % ٦٠من الجينات المشفرة للبروتين ومن ثم

تستخدم فى جميع العمليات الخلوية.

أول دليل ينسب اليه إخماد الورم الخبيث هو أن بعض miRNAsجاءت من دراسة سرطان الدم .mir-15a&mir-16-1ولقد نسبت دراسات بحثية أخرى أدوار إخماد

حيث وصفت شطب

الورم الخبيث الى هذه النواسخ غير المشفرة .ومن جهة أخرى فإن وظائف هذا "الجانب المظلم للجينوم" )نواسخ غير مشفرة نفس %٩٠من النسخ البشرى( لم تحل وتشكل مجال بحثى واسع ممتد

مع تطبيق واستخدام تكنولوجيات عالية جديدة.

بروفيلات العوامل الخارجية غير الوراثية المرتبطة بتطور الورم الخبيث :

Aberrant Epigenomic Profiles Correlate With Tumor Progression:

تعتبر صور الجينات الخارجية المعدلة سمة شائعة لسرطان الإنسان ودرست بكثافة فى توليفة واسعة للأورام الخبيثة .ومن بين هذه التوليفة ميثلة الحامض النووى DNAكميكانيكية بديلة لعدم تنشيط الجين ولقد أثبتت قيمتها كمرقم حيوى لرعاية السرطان.

تأثير المجال /الحقل : Field Effect

نشأت أنماط التعديلات فى مثيلة الحامض النووى DNAمبك ار جدا فى تسلسل الورم الخبيث .neoplastic sequenceففى الخمسينات من القرن التاسع عشر إقترح مفهوم Field Cancerizationلتفسير نمو الورم الخبيث فى المرضى .وكثير من الدراسات ذكرت فى تقريرها صور لمرقمات المثيلة المرتبطة بتكوين الورم الخبيث وتطوره الزائد فى الأنسجة .ومن جهة أخرى هذا يعطينا فرصة لمطابقة المرقمات الجزيئية المنبئة لتطور الورم الخبيث .والتعديلات الجينية وكذلك العوامل الخارجية غير الوراثية المرتبطة بالحقل السرطانى Field cancerizationدعمت بالوثائق فى أورام الصدر والرئة والمثانة والبروستاتا والرأس والرقبة .ولقد إفترض أن هذه التعديلات الجزيئية المبكرة ربما تنشأ فى خلايا الساق التى سوف تسبب تشوه خلايا النبات وتخلق مجالا " حقلا " لتطور الورم الخبيث .والدراسات البحثية التى أجريت على سرطان القولون تعرفت على التشوهات الجينية مبك ار فى التسلسل السرطانى carcinogenic sequenceولا سيما تمزق الجينات الخارجية فى الأغشية المخاطية بغدة colorectalبالقرب من الورم الخبيث .بالاضافة الى ذلك فإن زيادة عملية المثيلة hypermethylationلل DAPK1لوحظت أيضا فى كلا من الأنسجة قبل تسرطنها والأغشية المخاطية القريبة من الورم الخبيث حيث كونه حدث مبكر فى تطور سرطان الفم والمرىء والرئة والقولون .ويعتبر إكتشاف زيادة المثيلة فى توليفات متنوعة من المرقمات الحيوية إستراتيجية فعالة فى الإكتشاف المبكر للأورام الخبيثة .كما أن مطابقة مثل هذه المرقمات فى مرحلة مبكرة لنمو الورم الخبيث يضمن كلا من خطورة التقييم ومنع السرطان عند المستوى السريرى .Clinical levelسواء تأثر أو لم يتأثر التأثير الحقلى للسرطنة بالعوامل البيئية يبقى نقطة خلاف يجب حلها .ويشار الى العوامل الخارجية غير الوراثية كوسيط بين البيئة

٢٠١