بیداری ویروس‌های باستانی در قلب جنین انسان_غروب شهر

در یکی از با اهمیت ترین مرحله های حیات، یعنی اغاز رشد جنین، ژنوم حاضر زنده برای نخستین بار فعال می‌شود؛ فرایندی پیچیده و رمزآلود که تا بحال به‌طور کامل رمزگشایی نشده می بود. اکنون، پژوهشگران آلمانی با انجام یک مطالعه دقیق بین‌طوری، موفق شده‌اند نقشی کلیدی را برای توالی‌های ژنومی موسوم به “عناصر پرشی” یا قطعات باستانی DNA ویروسی در این مرحله حیاتی شناسایی کنند. این عناصر که وقتی به‌گفتن DNA‌های بی‌منفعت یا “زباله” برداشت می‌شدند، به‌نظر می‌رسد در روشن‌کردن سوئیچ ژنوم جنینی نقش اساسی ایفا می‌کنند؛ کشفی که می‌تواند فهمیدن ما از زیست‌شناسی رشد، اختلاف سلولی و حتی کاربرد‌های پزشکی بازساختی را دگرگون کند.

به گزارش برایتر ساید نیوز، مطالعات تازه نشان داد که قطعاتی از DNA ویروسی که میلیون‌ها سال پیش داخل ژنوم اجداد ما شده‌اند، نه‌تنها غیرفعال نیستند، بلکه در نخستین مرحله های رشد جنین مجدد فعال شده و به‌طور مستقیم در تنظیم گفتن ژن‌ها نقش ایفا می‌کنند.

احیای DNA‌های ویروسی در مرحله های اولیه رشد

بر پایه این پژوهش که در جنین پنج گونه گوناگون شامل موش، خرگوش، گاو، خوک و ماکاک رزوس انجام شد، توالی‌های پرشی ژنومی موسوم به transposable elements (TEs) که پیش‌تر فکر می‌شد باقی مانده بی‌کاربردی از ویروس‌های قدیمی می باشند، در زمان فعال‌سازی ژنوم جنین مجدداً به فعالیت درمی‌آیند. این توالی‌ها که بیشتر از نیمی از ژنوم انسان و موش را راه اندازی خواهند داد، از طریق جذب فاکتور‌های رونویسی و دیگر پروتئین‌های تنظیمی، در راه‌اندازی ژن‌ها نقش دارند.

ردیابی دقیق توالی‌های فعال‌شده با فناوری Smart-seq+۵′

پژوهشگران با منفعت‌گیری از فناوری تازه Smart-seq+۵′ توانستند محل دقیق اغاز رونویسی RNA را در سطح سلول منفرد ردیابی کنند. این روش نسبت به راه حلهای قبلی، دقت بالاتری در شناسایی محل اغاز نسخه‌برداری دارد و امکان اختلاف دقیق بین نقش TEs به‌گفتن آغازگر رونویسی یا فقطً توالی‌های مجاور را فراهم می‌کند.

نتایج حاصل از این تحلیل نشان داد که ۱۹٬۶۵۷ نسخه RNA در گونه‌های مورد بازدید به‌طور مستقیم توسط TEs هدایت خواهد شد. این یافته به معنی آن است که هزاران ژن در مرحله های اولیه رشد توسط این عناصر ویروسی فعال خواهد شد. توزیع وقتی و مکانی این نسخه‌ها نیز الگو‌هایی همگرا و واگرا بین گونه‌ها را نشان داد که بر وجود عناصر تکاملی مشترک و اختصاصی دلالت دارد.

نقش عناصر پرشی در تعیین سرنوشت سلولی

ماریا النا تورس-پادیلا، نویسنده مسئول مقاله، اظهار داشت: «فعال‌سازی عناصر پرشی، ویژگی بارز جنین‌های ابتدایی در چندین گونه پستاندار است. این یافته‌ها به ما در فهمیدن چگونگی انعطاف‌پذیری سلولی (plasticity) و قابلیت اختلاف همه‌جانبه سلول‌های بنیادی پشتیبانی می‌کند.»

بر پایه یافته‌های این پژوهش، عناصر پرشی به‌علت برخورداری از توالی‌های تنظیمی، در زمان بحرانی تعیین سرنوشت سلول‌ها می‌توانند مسیر‌های ژنتیکی مهم را روشن یا خاموش کنند.

مارلیس اومن، نویسنده همکار مقاله، افزود: «با این رویکرد تازه، می‌توان به‌جای مقصد‌گیری صد‌ها ژن به‌صورت مجزا، مستقیماً عناصر پرشی‌ای را مقصد قرار داد که این ژن‌ها را تنظیم می‌کنند.»

فهمیدن الگو‌های مشترک و اختصاصی بین پستانداران

قیاس فعالیت عناصر پرشی در گونه‌های تکاملی متفاوت، همچون خوک و میمون، نشان داد که برخی خانواده‌های TEs در همه گونه‌ها فعال بوده‌اند، در حالی که برخی دیگر فعالیت خاص‌طوری داشته‌اند. برای مثال، عناصر ERVL و LINE که در موش و انسان فعال‌اند، در دیگر گونه‌ها نیز الگو‌های شبیهی از فعالیت نشان دادند. این چنین اشکار شد که این عناصر از طریق باز کردن ساختار کروماتین، مسیر دسترسی به ژن‌ها برای رونویسی را تسهیل می‌کنند.

تشکیل اطلس تک‌سلولی گفتن ژن در مرحله های رشد اولیه

این مطالعه با بازدید ۳۴ مرحله گوناگون رشد جنینی در پنج گونه پستاندار، نخستین اطلس تک‌سلولی از فعالیت ژنتیکی در مرحله های اولیه رشد را اراعه داد. به حرف های تورس-پادیلا، «این داده‌ها امکان بازدید الگو‌های گفتن ژن در مرحله های حساس و نحوه کنترل آنها را به‌صورت بین‌طوری فراهم می‌کند.»

کاربرد‌های آینده در زیست‌شناسی تولیدمثل و پزشکی بازساختی

یافته‌های این پروژه نه‌تنها افق‌های جدیدی در فهمیدن رشد جنین می‌گشاید، بلکه می‌تواند عرصه‌ساز تحول در درمان بیماری‌های مرتبط با رشد و گسترش سلولی، و نیز تشکیل بافت‌های بدن از سلول‌های بنیادی شود. این نتایج نشان خواهند داد که منفعت گیری از عناصر پرشی می‌تواند به‌گفتن ابزاری ژنتیکی برای تنظیم هم‌زمان چندین مسیر ژنی کاربرد داشته باشد.

بازنگری در نقش DNA‌های موسوم به “بی‌مصرف”

پژوهش‌های تازه نشان داد که توالی‌هایی که وقتی به‌گفتن “DNA زباله” شناخته می‌شدند، در واقع نقش بنیادینی در اغاز حیات ایفا می‌کنند. برخلاف فکر قبل، فعال‌سازی این توالی‌ها یک پیامد اتفاقی بازسازی ساختار کروماتین نیست، بلکه اتفاق‌ای موثر و تکاملی است که در مرحله حیاتی رشد به کار گرفته می‌شود.

انتهای مطلب/