איך ה-DNA ארוז בתוך הגרעין?

מולקולת ה-DNA היא מולקולה ענקית, שאורכה הכולל אצל בני אדם מגיע לשני מטרים, אך היא ארוזה בתא שטח קטנטן של 1 מיקרומטר. המולקולה מכילה בתוכה את תוכנית האב של כל התהליכים והמבנים של הגוף, והיא קיימת בשלמותה בכל תא מתאי גופנו.

במצב רגיל, ה-DNA נמצא במצב חצי משוחרר, כדי שהתא יוכל לשעתק גנים ולקיים את כל התהליכים הדרושים לתפקודו. לקראת חלוקת התא, בתהליך המיטוזה או המיוזה, ה-DNA מוכפל בשלב שנקרא שלב הפרופזה, ונארז בצורה שתאפשר לו לנוע בצורה חופשית, כך שבכל אחד מתאי הבת יהיה עותק אחד בלבד.

הסרטון שלפנינו מתאר את מבנה האריזה של ה-DNA, החל מהסליל ועד הכרומוזום:

היסטונים ונוקלאוזום

מולקולת ה-DNA היא שברירית וארוכה מאוד, אך היא ארוזה בגרעין בצורה שמגנה עליה. ה-DNA נקשר סביב מבנים חלבוניים שנקראים היסטונים ומפוזרים במרווחים קבועים לאורכו. הוא מתלפף פעמיים סביב כל מבנה היסטוני. גם הכרומוזומים ארוכים יחסית ותנועתם מוגבלת. לקראת חלוקת התא, ה-DNA מתחיל להידחס ויוצר לולאות שמתקפלות סביב עצמן. הכרומוזום נדחס ומתעבה עד שלבסוף נוצר המבנה שאותו אפשר לראות במיקרוסקופ בשלב הפרופאזה של חלוקת התא.

מבנה האריזה של ה-DNA מתחיל מהנוקלאוזום, שהוא היחידה הבסיסית של כרומטין. כל נוקלאוזום מורכב מ-DNA שאורכו כ-147 זוגות בסיסים המתלפפים סביב ליבה של שמונה היסטונים. הנוקלאוזומים מחוברים זה לזה על ידי מקטעי DNA קצרים הנקראים לינקרים, ויוצרים מבנה דמוי שרשרת חרוזים שמכונה "סיב הכרומטין".

לאחר שלב הנוקלאוזומים, סיב הכרומטין עובר דחיסה נוספת על מנת להתאים את ה-DNA למרחב הגרעין. סיב הכרומטין מתקפל ליצירת מבנים גבוהים יותר של כרומטין, כגון לולאות, שעוברות עיבוד נוסף כדי להידחס עוד יותר במהלך חלוקת התא. דחיסה זו מבטיחה שכל מקטעי ה-DNA ייכנסו לתוך הגרעין ויאפשרו חלוקה מסודרת ושווה של החומר הגנטי בין תאי הבת.

בסופו של תהליך האריזה, ה-DNA נדחס לצורתו הסופית ככרומוזום, הנראה כמבנה דחוס וקומפקטי במהלך המיטוזה והמיוזה. מבנה זה מקל על תנועת הכרומוזומים ושמירה על שלמותם במהלך חלוקת התא. ההבנה של תהליך האריזה המורכב הזה היא חיונית לחקר הגנטיקה ולהבנת מחלות הנגרמות כתוצאה מפגמים באריזת ה-DNA.