ژن‌ها چگونه روشن و خاموش می‌شوند؟

محققان دانشگاه کرنل از طریق بررسی مخمرها به یک مکانیسم حیاتی در نحوه کنترل ژن ها دست یافته اند.

به گزارش تکناک، مخمر یک موجود زنده است که وجودش برای تولید ماء‌الشعیر و نان کاملا ضروری است.

رونویسی ژن،فرآیند پیچیده ای است که از طریق آن سلول های انسانی اطلاعات ژنتیکی رمزگذاری شده در DNA را می خوانند. قبلاً اعتقاد بر این بود که رونویسی ژن تنها زمانی فعال می شود که فاکتورهای تنظیمی خاصی به رشته های DNA خاص سفر کنند.

گروهی از دانشمندان کرنل دریافتند که یک سری ژن‌ خاص از قبل دارای ویژگی های تنظیم‌کننده رونویسی و همسازه های خود هستند،اما بر اساس مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Genes & Development منتشر شده است،این ژن ها در حالت نهفته به سر میب رند.این ژن‌های ثابت زمانی که سیگنال‌های مناسب می‌رسند،بسیار فعال می‌شوند.

محققان از تکنیک های CRISPR برای حذف عناصر ماشین رونویسی مخمر استفاده کردند تا به طور جامع نقش آنها را در تنظیم ژن بررسی کنند.از آنجا که مخمر و انسان از یک ماشین مولکولی برای کنترل ژن های خود استفاده می کنند،مخمر یک مدل عالی برای درک تنظیم ژن انسانی است.استاد ارشد بیولوژی مولکولی و بی. فرانکلین پاو از بخش ژنتیک کالج علوم و هنر، گفت: این تحقیق مانند بازی جنگا است،جایی که شما یک قطعه چوبی را از یک برج پر از قطعه برمی دارید و می بینید که آیا کل برج فرو می ریزد یا خیر. به همین شکل است ما یاد می گیریم که چگونه ماشین های پروتئینی در داخل سلول ها کار می کنند.

محققان دو دسته از ژن های مخمر را بر اساس نحوه عملکرد آنها شناسایی کردند.اولین و بزرگترین گروه عملکردهای اساسی خانه داری را فراهم می کند و به سلول ها اجازه زندگی و رشد می دهد.این ژن‌ها همیشه در سطوح بسیار پایین «روشن» هستند،زیرا دستگاه رونویسی به سختی راه خود را برای یافتن هر ژن پیدا می‌کند.

دسته دوم، ژن‌های «القایی»هستند،که دارای مجموعه‌ای از پروتئین‌ها هستند که در نزدیکی آن‌ها جمع‌ شده‌اند.هنگامی که این ژن ها توسط سیگنال های محیطی تحریک می شوند،این همراهان آماده که در نزدیکی آنها جمع شده اند،به ماشین رونویسی کمک می کنند.این اتفاق منجر به سطوح بالایی از رونویسی القایی(تحریکی) می شود.

دکتر پاو گفت:ارزش تعادل این است که ژن های خاص،مانند ژن های پاسخ محیطی، می توانند به سرعت به یک محیط در حال تغییر پاسخ دهند.به عنوان مثال می توان به مخمر هنگامی که با قند نان مواجه می شود و آن را متابولیزه می کند و باعث می شود خمیر نان بزرگ شود،اشاره کرد.

پاو بیش از 30 سال است که روی نظام ژن تحقیق می کند.او به عنوان یک دانش آموز در کرنل، این ایده که چگونه ژن های ما تنظیم می شوند،با محوریت زیست شناسی و مسائل ناشناخته، او را مجذوب خود کرد و او تمام عمر خود را صرف فهمیدن آن کرد.

او گفت: با توجه به این مقاله،ما در نهایت به این سوال اصلی رسیدیم که چگونه این عوامل رونویسی خاص ژن که محیط اطرافشان را حس می کنند،از ماشین های رونویسی هسته استفاده می کنند.ما در این مقاله نتوانستیم به این سوال بطور کامل بپردازیم،اما بینش محکمی در مورد نحوه عملکرد فرآیند آن به دست آوردیم.

در آزمایش مرتبط قبلی، پاو مکان‌های اتصال دقیق بیش از 400 پروتئین کروموزومی مختلف را در ژنوم مخمر ترسیم کرد که اکثر آنها حالت ژن‌ها را تنظیم می‌کنند.

دکتر پاو گفت:این مقاله به درک چگونگی ترکیب همه این پروتئین‌ها و همکاری با یکدیگر برای خواندن و تنظیم ژن‌ها کمک می‌کند. تحقیقات جدید بر همین قضیه استوار است و به درک عمیق‌تر معماری پروتئین‌ها و تشکیلات ژن‌ها می‌پردازد.

چیتوان میتال، نویسنده اول تحقیق و دانشیار دانشکده دامپزشکی سلامت حیوانات گفت: تکیه بر سال‌ها تحقیق موجود و ترکیب آنها با ابزارهای مدرن و ظریف ژنومیک به ما در پر کردن شکاف‌های دانش فعلی و همچنین در دستیابی به اکتشافات جدید کمک می کند.