ساختار ژنوم انسان از نخستین لحظات زندگی با دقت شکل می‌ گیرد

مطالعات جدید نشان می‌دهند که ساختار ژنوم انسان از نخستین لحظات زندگی به‌ طور سه‌بعدی و با دقت شکل می‌گیرد.

به گزارش سرویس علمی تک‌ناک، سال‌ها تصور می‌شد که DNA در تخمک تازه بارورشده مانند یک «صفحه سفید» است و ساختار واقعی آن تنها پس از فعال شدن ژن‌ها شکل می‌گیرد؛ به عبارت دیگر، نظم ژنتیکی تنها پس از روشن شدن برنامه ژنوم ایجاد می‌شود. اما یافته‌های تازه منتشرشده در Nature Genetics در ۲۴ فوریه این فرض را به چالش کشیده است. پروفسور Juanma Vaquerizas و تیم او نشان دادند که ژنوم از همان ابتدا بسیار منظم‌تر از تصور پیشین است. آنها با توسعه روش پیشرفته Pico-C توانستند ساختار سه‌بعدی ژنوم را با جزئیات بی‌سابقه بررسی کنند.

حتما بخوانید: ساخت حسگرهای نورانی برای ردیابی شکست DNA و مشاهده فرایند ترمیم + ویدیو

یافته‌ها نشان می‌دهد که پیش از فعال شدن کامل ژنوم (مرحله‌ای که با عنوان Zygotic Genome Activation شناخته می‌شود) یک چارچوب سه‌بعدی پیچیده DNA از پیش در حال شکل‌گیری است. نحوه تا شدن و سازمان‌یابی DNA در سه‌بعد نقش کلیدی در تعیین ژن‌هایی دارد که در طول رشد فعال می‌شوند و این موضوع عملکرد صحیح سلول‌ها و کاهش خطر اختلالات توسعه‌ای و بیماری را تضمین می‌کند. نورا مزیاق، نویسنده ارشد مطالعه گفت: «پیش‌تر تصور می‌کردیم پیش از فعال شدن ژنوم، همه چیز در بی‌نظمی جریان دارد، اما با بررسی دقیق‌تر، می‌بینیم که ژنوم در واقع یک سایت ساخت‌وساز دقیق و مدولار است که چارچوب آن پیش از روشن شدن کلید ژن‌ها به شکل منظم شکل می‌گیرد.»

نقشه‌برداری از ساختار ژنوم انسان با فناوری Pico-C

این کشف با استفاده از مگس میوه (Drosophila)، یک ارگانیسم مدل کلاسیک در ژنتیک انجام شد. در ساعات اولیه پس از لقاح، جنین مگس میوه به سرعت هسته‌های خود را تقسیم می‌کند و هزاران سلول را در مدت کوتاهی تولید می‌نماید؛ این پنجره توسعه‌ای سریع، مگس میوه را به نمونه‌ای ایدئال برای مطالعه سازماندهی و تنظیم ژنوم تبدیل کرده است.

بیشتر بخوانید: اولین داروی ترمیم کننده DNA در جهان معرفی شد

با بهره‌گیری از تکنیک بسیار حساس Pico-C، پژوهشگران نقشه سه‌بعدی ژنوم مگس میوه را در مراحل اولیه ترسیم کردند. نتایج نشان داد که DNA به‌ صورت تصادفی تا نمی‌شود، بلکه حلقه‌ها و ساختارهای مدولار تشکیل می‌دهد، که امکان کنترل دقیق نواحی خاص ژنوم توسط سیگنال‌های تنظیمی را فراهم می‌کند. این معماری منظم تضمین می‌کند که دستورالعمل‌های ژنتیکی در زمان دقیق آماده فعال شدن هستند. علاوه بر ارائه نقشه‌های سه‌بعدی فوق دقیق، Pico-C به نمونه‌های بسیار کمتری نیاز دارد – تقریباً یک دهم روش‌های سنتی – که امکان بررسی تأثیر ساختار DNA بر تنظیم ژن و رابطه اختلالات آن با بیماری‌ها را فراهم می‌کند.

برای مطالعه بیشتر: ایجاد اولین نقشه جامع کوادروپلکس DNA با کمک هوش مصنوعی

ارتباط یافته‌ها با سلامت انسان

اگرچه در ابتدا این ساختار ژنوم در مگس میوه کشف شد، اما پیامدهای آن به زیست‌شناسی انسان مرتبط است. در مطالعه‌ای تکمیلی منتشرشده در Nature Cell Biology، پروفسور Ulrike Kutay و همکاران او در ETH Zürich همان روش نقشه‌برداری دقیق را روی سلول‌های انسانی اعمال کردند. نتایج نشان داد که حذف «لنگرهای مولکولی» که ساختار سه‌بعدی ژنوم را تثبیت می‌کنند، سلول‌ها را به واکنش مشابه حمله ویروسی وادار می‌نماید. این هشدار کاذب، سیستم ایمنی ذاتی را فعال می‌کند و می‌تواند باعث التهاب و بیماری شود.

این دو مطالعه یک روایت کامل ارائه می‌کنند؛ یکی نشان می‌دهد که ساختار سه‌بعدی ژنوم از نخستین لحظات زندگی با دقت شکل می‌گیرد و دیگری پیامدهای وخیم فروپاشی این ساختار را برای سلامت انسان آشکار می‌کند.