خبر کامل
کشف نقش حیاتی «دی‌ان‌ای زائد» در تنظیم ژن‌ها و تکامل انسان
پژوهشی جدید نشان می‌دهد بخش‌هایی از ژنوم انسان که پیش‌تر «دی‌ان‌ای زائد» تلقی می‌شدند، نقشی حیاتی در تنظیم بیان ژن‌ها، به‌ویژه در مراحل اولیه رشد ایفا می‌کنند. این کشف، درک ما را از عملکرد ژنوم و تکامل گونه‌ها متحول می‌سازد و دریچه‌ای نو به سوی شناخت پیچیدگی‌های زیستی می‌گشاید.
تاریخچه «دی‌ان‌ای زائد»
در دهه ۱۹۴۰، باربارا مک‌کلینتاک، دانشمند ژنتیک سلولی، عناصر جابه‌جاشونده یا ژن‌های متحرک را در ذرت کشف کرد. این توالی‌های دی‌ان‌ای قادرند جایگاه خود را در ژنوم تغییر دهند. در ابتدا، جامعه علمی نسبت به این کشف تردید داشت، اما بعدها پذیرفتند که این توالی‌ها نه تنها قابلیت «پرش» دارند، بلکه تقریباً در تمامی موجودات زنده نیز یافت می‌شوند.
مطالعات بعدی نشان دادند که عناصر متحرک حدود ۴۵ درصد از ژنوم انسانی را تشکیل می‌دهند. این عناصر در طول میلیون‌ها سال با کپی‌برداری و گسترش خود در بخش‌های مختلف دی‌ان‌ای، توالی‌های تقریباً یکسانی را ایجاد کرده‌اند. به همین دلیل، دانشمندان در گذشته آن‌ها را بقایای ژنتیکی ویروس‌های باستانی و منقرض‌شده تلقی کرده و بی‌اهمیت می‌پنداشتند.
امروزه می‌دانیم که برخی از این عناصر متحرک مانند «کلیدهای ژنتیکی» عمل کرده و فعالیت ژن‌های مجاور خود را در انواع خاصی از سلول‌ها تنظیم می‌کنند.
چالش‌های مطالعه عناصر متحرک
به دلیل شباهت و تکرار بالای توالی‌های دی‌ان‌ای، تشخیص و بررسی عملکرد دقیق هر یک از آن‌ها برای دانشمندان دشوار است. این چالش به‌ویژه در مورد خانواده‌های جوان‌تر عناصر قابل انتقال مانند MER11 که در دوره‌های تکاملی اخیر ظاهر شده‌اند، بیشتر به چشم می‌خورد.
عناصر متحرک به درستی در پایگاه‌های داده ژنومی موجود دسته‌بندی نشده‌اند، که این امر مانع از شناخت دقیق عملکرد آن‌ها شده است. برای غلبه بر این مشکل، پژوهشگران روش جدیدی ابداع کردند. این روش به جای استفاده از ابزارهای معمول، توالی‌های MER11 را بر اساس مسیر تکامل و میزان حفظ شدگی آن‌ها در ژنوم گونه‌های مختلف نخستی‌ها (مانند انسان، شامپانزه و میمون‌ها) دسته‌بندی می‌کند.
دسته‌بندی نوین MER11 و کشف الگوهای پنهان
با استفاده از روش جدید، پژوهشگران توانستند توالی‌های مختلف MER11 را به چهار گروه مجزا (MER11_G1 تا MER11_G4) تقسیم کنند. این گروه‌بندی نه تنها بر اساس شباهت ظاهری، بلکه با در نظر گرفتن دوره ظهور هر گروه در تکامل نخستی‌سانان انجام شد؛ به طوری که MER11_G1 قدیمی‌ترین و MER11_G4 جدیدترین گروه است.
این روش نوین دسته‌بندی، به دانشمندان امکان داد تا الگوهایی را کشف کنند که پیش از این ناشناخته بودند. این الگوها نشان می‌دهند که برخی از این توالی‌های به ظاهر بی‌اهمیت، در واقع نقش مهمی در تنظیم فعالیت ژن‌ها ایفا می‌کنند.
نقش نشانگرهای اپی‌ژنتیکی
پژوهشگران سپس زیرخانواده‌های جدید MER11 را با نشانگرهای مختلف اپی‌ژنتیکی مقایسه کردند. این نشانگرها برچسب‌های شیمیایی هستند که بر روی دی‌ان‌ای و پروتئین‌های وابسته به آن قرار گرفته و بر فعالیت ژن‌ها تأثیر می‌گذارند. این مقایسه ثابت کرد که روش جدید دسته‌بندی توالی‌های MER11، ارتباط دقیق‌تری با عملکرد واقعی آن‌ها در سلول دارد و بهتر می‌تواند نشان دهد کدام یک از آن‌ها در تنظیم فعالیت ژن‌ها نقش دارند.
آزمایش‌های عملکردی و نتایج کلیدی
در مرحله بعد، پژوهشگران توالی‌های MER11 را با استفاده از روش lentiMPRA مورد آزمایش قرار دادند. این روش قادر است هزاران توالی دی‌ان‌ای را به صورت هم‌زمان آزمایش کند تا میزان افزایش فعالیت ژن‌ها توسط هر یک از آن‌ها مشخص شود.
پس از تحلیل نزدیک به ۷ هزار توالی MER11 از گونه‌های مختلف نخستی‌سانان، از جمله انسان، و بررسی تأثیر آن‌ها در سلول‌های بنیادی انسانی و سلول‌های عصبی در مراحل ابتدایی رشد، نتایج شگفت‌انگیزی به دست آمد:
- گروه MER11_G4 در فعال‌سازی بیان ژن عملکرد بسیار موثری دارد.
- توالی MER11_G4 دارای بخش‌های خاص و کوتاهی از دی‌ان‌ای است که به آن‌ها الگوهای تنظیمی گفته می‌شود.
- این الگوهای تنظیمی مانند جایگاه‌هایی عمل می‌کنند که فاکتورهای رونویسی به آن‌ها متصل می‌شوند و زمان فعال شدن ژن را تعیین می‌کنند.
- الگوهای تنظیمی تأثیر چشمگیری بر نحوه واکنش ژن‌ها به سیگنال‌های رشد یا محرک‌های محیطی دارند.
جالب توجه است که توالی‌های MER11_G4 در طول زمان در انسان‌ها، شامپانزه‌ها و ماکاک‌ها دستخوش تغییرات زیادی نشده‌اند. با این حال، در انسان و شامپانزه، برخی از این تغییرات ممکن است باعث شده باشند که این توالی‌ها عملکرد قوی‌تری در تنظیم فعالیت ژن‌ها، به‌ویژه در سلول‌های بنیادی انسان، داشته باشند.
پیامدهای تکاملی و زیستی
نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که گروه MER11_G4 نه تنها توانسته است به فاکتورهای رونویسی متفاوتی متصل شود، بلکه این ویژگی احتمالاً از طریق تغییر توالی دی‌ان‌ای آن‌ها به وجود آمده است. این تغییرات باعث شده‌اند MER11_G4 نقش‌های تنظیمی جدیدی پیدا کند. چنین تفاوت‌هایی در تنظیم ژن‌ها می‌توانند به مرور زمان موجب تفاوت‌های زیستی میان گونه‌ها شوند و در نهایت در روند شکل‌گیری گونه‌های جدید (گونه‌زایی) نقش داشته باشند.
این مطالعه مهم در مجله Science Advances منتشر شده است.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
زمان انتشار:
۱۸:۲۵ - ۱۴۰۴/۰۵/۰۶