الكروموسوم الاصطناعي البشري ( HAC ) هو كروموسوم صغير يمكنه أن يعمل ككروموسوم جديد في مجموعة من الخلايا البشرية . وهذا يعني أنه بدلاً من 46كروموسوم، يمكن أن تحتوي الخلية على 47مع كونها 47صغيرة جدًا، مايقارب 6-10(ميغابايت)في الحجم بدلاً من 50–250ميغابايت للكروموسومات الطبيعية، وقادرة على حمل جينات جديدة قدمها الباحثون البشريون. من الناحية المثالية، يمكن للباحثين دمج الجينات المختلفة التي تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف، بما في ذلك الدفاع عن الأمراض .
الطرق البديلة لإنشاء الجينات المحورة، مثل استخدام الكروموسومات الاصطناعية الخميرية والكروموسومات الصناعية البكتيرية ، تؤدي إلى مشاكل غير متوقعة. إن المادة الوراثية التي أدخلتها هذه الناقلات لا تؤدي فقط إلى مستويات تعبير مختلفة، بل تؤدي أيضًا إلى تعطيل الجينوم الأصلي. [1] تختلف HACs في هذا الصدد، لأنها كروموسومات منفصلة تمامًا. يفترض هذا الفصل عن المادة الوراثية الموجودة أنه لن تنشأ أي طفرات مدخلة . [2] يجعل هذا الاستقرار والدقة HACs أفضل من الطرق الأخرى مثل النواقل الفيروسية ، الكروموسومات الاصطناعية الخميرية والكروموسومات الصناعية البكتيرية [3] تسمح HAC بتوصيل عدد أكبر من الحمض النووي (بما في ذلك المحفزات وتغيير رقم النسخ ) مما هو ممكن مع الناقلات الفيروسية. [4]
تم إنتاج الكروموسومات الاصطناعية الخميرة والكروموسومات الصناعية البكتيرية قبل الكروموسومات الصناعية البشرية، والتي ظهرت لأول مرة في عام 1997 . HACs مفيدة في دراسات التعبير مثل ناقلات نقل الجينات ، كأداة لتوضيح وظيفة الكروموسوم البشري، وكطريقة للتعليق النشط للجينوم البشري . [5]
التاريخ
نظم HACs لأول مرة في عام 1997من خلال إضافة الحمض النووي ألفا الأقمار الصناعية إلى الحمض النووي التيلومري والجينومي في خلايا HT1080 البشرية. وقد نتج عن هذا كروموسوم جديد تمامًا يحتوي على الحمض النووي ذي الأهمية، بالإضافة إلى عناصر تسمح له بالاستقرار من الناحية الهيكلية والخفيفة، مثل متواليات التيلومير والوسطي. بسبب صعوبة تشكيل HAC "de novo" ، تم التخلي عن هذه الطريقة إلى حد كبير.
طرق البناء
يوجد حاليًا نموذجان مقبولان لإنشاء ناقلات كروموسوم اصطناعية بشرية. الأول هو خلق الصبغيات الصغيرة عن طريق تغيير كروموسوم بشري طبيعي. يتم تحقيق ذلك عن طريق اقتطاع الصبغي الطبيعي، يليه إدخال مادة وراثية فريدة عبر نظام إعادة التركيب Cre. أما الطريقة الثانية فتتضمن الإنشاء الحرفي لكروموسوم غير مألوف من جديد. كان التقدم فيما يتعلق بتشكيل HAC لـ de novo محدودًا، حيث لن يتم دمج العديد من الأجزاء الجينومية الكبيرة بنجاح في ناقلات de novo. هناك عامل آخر يحد من تكوين ناقل de novo وهو معرفة محدودة بالعناصر المطلوبة للبناء، وتحديدا التسلسلات المركزية.
تطبيقات
أظهرت دراسة أجريت في عام 2009 فوائد إضافية من HACs ، وهي قدرتها على احتواء شظايا الجينوم الكبيرة للغاية بشكل ثابت. قام الباحثون بتضمين جين ديستروفين الذي يبلغ 2.4 ميجا بايت، والذي يعد فيه طفرة عنصرا سببيا رئيسيا في ضمور دوشين دستروفين العضلي. كانت HAC الناتجة مستقرة على نحو مخيف، وعُبِرت عن طريق الحقن في فئران خيالية. فشلت المحاولات السابقة للتعبير عن ديستروفين بشكل صحيح . نظرًا لحجمها الكبير، لم يتم دمجها بنجاح من قبل في أي ناقل.
في عام 2010، تم الإبلاغ عن كروموسوم اصطناعي مكرر يسمى 21HAC. يعتمد 21HAC على نسخة مجردة من كروموسوم الإنسان 21، ينتج كروموسوم طوله 5 ميجا بايت. نتج عن اقتطاع الكروموسوم 21وجود كروموسوم اصطناعي بشري مستقر. كان 21HAC أيضا قادر على نقلها إلى خلايا من مجموعة متنوعة من الأنواع (الفئران والدجاج والبشر). باستخدام 21HAC ، تمكن الباحثون من إدخال جين ترميز كيناز فيروس الهربس البسيط في خلايا الورم. هذا "الجين الانتحاري" مطلوب لتنشيط العديد من الأدوية المضادة للفيروسات. تم القضاء على هذه الخلايا السرطانية المستهدفة بنجاح، وانتقائية، عن طريق عقار جانسيكلوفير المضاد للفيروسات في عدد من السكان بما في ذلك الخلايا السليمة. يفتح هذا البحث مجموعة متنوعة من الفرص لاستخدام HACs في العلاج الجيني.
في عام 2011، شكل الباحثون كروموسومًا اصطناعيًا بشريًا عن طريق اقتطاع الكروموسوم 14. تم بعد ذلك إدخال المادة الوراثية على النحو المذكور أعلاه، باستخدام نظام إعادة التركيب Cre-Lox. ركزت هذه الدراسة بالتحديد على التغيرات في مستويات التعبير من خلال ترك أجزاء من الحمض النووي الجيني الموجود. من خلال ترك تسلسل التيلومير وشبه التيلومار الحالي، تمكنوا من تضخيم مستويات التعبير من الجينات المشفرة لإنتاج الإريثروبويتين أكثر من 1000مرة. يحتوي هذا العمل أيضًا على آثار كبيرة للعلاج الجيني، حيث تتحكم الإريثروبويتين في تكوين خلايا الدم الحمراء. [6]
تم استخدام HACs لإنشاء حيوانات محورة جينيا لاستخدامها كنماذج حيوانية للأمراض البشرية ولإنتاج المنتجات العلاجية. [4]
مقالات ذات صلة
- "Construction of a novel human artificial chromosome vector for gene delivery". Biochemical and Biophysical Research Communications. 321 (2): 280–90. August 2004. doi:10.1016/j.bbrc.2004.06.145. PMID 15358173.
- "Alpha-satellite DNA and vector composition influence rates of human artificial chromosome formation". Molecular Therapy. 5 (6): 798–805. June 2002. doi:10.1006/mthe.2002.0612. PMID 12027565. مؤرشف من الأصل في 07 أغسطس 2019.
- "Functional complementation of a genetic deficiency with human artificial chromosomes". American Journal of Human Genetics. 69 (2): 315–26. August 2001. doi:10.1086/321977. PMID 11452360.
- "A new generation of human artificial chromosomes for functional genomics and gene therapy". Cellular and Molecular Life Sciences. 70 (7): 1135–48. April 2013. doi:10.1007/s00018-012-1113-3. PMID 22907415.
- "Efficient assembly of de novo human artificial chromosomes from large genomic loci". BMC Biotechnology. 5: 21. July 2005. doi:10.1186/1472-6750-5-21. PMID 15998466.
- "A new chromosome 14-based human artificial chromosome (HAC) vector system for efficient transgene expression in human primary cells". Biochemical and Biophysical Research Communications. 415 (3): 439–44. November 2011. doi:10.1016/j.bbrc.2011.10.088. PMID 22051050.
Translated by: Eng.Farah A.Bawaneh
Dr.Ahmad Alomari