کشف ارتباط توپوگرافی ژنوم انسان و جهش های سرطان

اخیرا دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا ارتباطی بین توپوگرافی ژنوم انسان و وجود جهش های سرطان در انسان کشف کردند.

به گزارش تکناک، آنها فهمیدند که مناطق خاصی از ژنوم که ویژگی های منحصر به فردی را از خود نشان می دهند، به عنوان کانونی برای تجمع جهش ها عمل می کنند.

این بینش ها که اخیراً در مجله Cell Reports منتشر شده است، تأثیر مثبت ساختار سه بعدی ژنوم انسان را در ایجاد اشکال مختلف سرطان، نشان می دهد.

ژنوم انسان اغلب به صورت یک مارپیچ دوگانه DNA نمادین، متشکل از توالی های طولانی از حروف A، C، G  و T تجسم می شود. ژنوم نیز مانند زمین با مناظر متنوعش دارای توپوگرافی(نقشه) غنی است که از ساختارها، اشکال و ویژگی های مختلف تشکیل شده است.

به عنوان مثال، ژنوم شامل بخش‌هایی است که DNA به‌طور محکم در آنجا پیچ می‌خورد و همچنین بخش‌هایی که در آن‌ها شل‌تر می‌پیچد. برخی از بخش ها به شکل حلقه هستند. همچنین ژنوم دارای ویژگی‌های مختلفی است، مانند زمان‌بندی همانندسازی که در آن نواحی خاصی از ژنوم در مراحل اولیه تقسیم سلولی کپی می‌شوند، در حالی که مناطق دیگر خیلی دیرتر کپی می‌شوند.

تیم تحقیقاتی دانشمندی به نام الکساندروف مطالعه جامعی را در مورد چگونگی تأثیر این توپوگرافی ژنومی بر محل ایجاد جهش در سرطان در ژنوم انسان انجام دادند. همانطور که مناطق مختلف روی زمین، اکوسیستم‌های متمایز را پرورش می‌دهند، به نظر می‌رسد یک سری ویژگی‌های توپوگرافی خاص در ژنوم، محیطی برای رشد جهش‌های خاص فراهم می‌کنند.

الکساندروف گفت: زمانی که ژنوم یک سرطان را مطالعه می کنیم، معمولاً فرض می کنیم که جهش ها به طور تصادفی در آن ژنوم جمع می شوند. اکنون متوجه شده ایم که این مسئله درست نیست زیرا بخش‌های مختلف ژنوم، ویژگی‌های متفاوتی دارند.

بورچاک اوتلو، نویسنده اول این مطالعه گفت: با تجزیه و تحلیل توپوگرافی خود نشان می‌دهیم که جهش‌های خاصی در سرطان ترجیحاً در مناطق خاصی از ژنوم تجمع می‌یابند.

محققان تمام ویژگی های توپوگرافی ژنوم شناخته شده را بررسی کردند و به دنبال ارتباط با الگوهای خاصی از جهش ها که امضاهای جهشی نام دارند، در همه سرطان های انسانی بودند. در مجموع، آنها اثرات 516 ویژگی توپوگرافی را بر روی امضاهای جهشی در 5120 تومور توالی ژنوم کامل از 40 نوع سرطان تجزیه و تحلیل کردند.

یکی از یافته‌های کلیدی این مطالعه این است که چندین علامت جهشی مرتبط با مصرف الکل در مناطقی از ژنوم جمع می‌شوند که در مراحل اولیه تقسیم سلولی کپی می‌شوند. این ارتباط به طور خاص در سه نوع سرطان مری، سر و گردن و کبد مشاهده شد.

محققان خاطرنشان کردند که این یافته غیرمنتظره است، زیرا جهش‌ها در مناطقی که در مراحل بعدی تقسیم سلولی کپی می‌شوند، به وجود می‌آیند، زیرا این جایی است که خطاها بیشتر اتفاق می‌افتد. تکثیر DNA در طول تقسیم سلولی اولیه دقیق‌تر است و بخش‌های ژنوم تکثیر شده اولیه محافظت بیشتری در برابر جهش‌ها ایجاد می‌کند. با این حال، محققان متوجه شدند که در مورد نشانه‌های جهشی مرتبط با مصرف الکل، برعکس این اتفاق می‌افتد.

همچنین محققان چیز جالبی را با امضاهای جهشی مرتبط با فعالیت ضد ویروسی مجموعه‌ای از آنزیم‌ها به نام APOBEC3 deaminases مشاهده کردند. آنها متوجه شدند که این امضاهای جهشی هم در نواحی تکثیر اولیه و هم در اواخر ژنوم جمع می شوند.

الکساندروف گفت: این یافته‌ها قابل توجه هستند زیرا ژن‌های ضروری زیادی در نواحی تکثیر شده اولیه ژنوم زندگی می‌کنند. تحقیقات ما نشان می‌دهد که برخی فرآیندهای جهش‌زا بر اساس قوانین عادی انجام نمی‌شوند، بنابراین به طور موثر می‌توانند به ژن‌ها و مسیرهای کلیدی که معمولاً محافظت می‌شوند ضربه بزنند.

این تیم یافته های این مطالعه را در قالب یک منبع آنلاین گردآوری کرد. محققان می توانند از آن برای بررسی ویژگی های توپوگرافی به امضاهای جهش استفاده کنند و بالعکس. همچنین این تحقیق نشان می دهد که کدام انواع سرطان این ارتباطات را نشان می دهند.

اوتلو گفت: چنین منبعی برای مطالعات آینده با تمرکز بر درک نقش ویژگی‌های توپوگرافی در توسعه، تکامل و درمان سرطان ارزشمند خواهد بود.