راز فعال‌سازی ژن‌ها در مراحل اولیه رشد جنین کشف شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا؛ پروفسور کریستوف نیهارس و تیم او در مؤسسه زیست‌شناسی مولکولی (IMB) در ماینز آلمان، یک تغییر شیمیایی در DNA به نام ۵-فورمیل‌سیتوزین (۵ fC) را به‌عنوان یک سوئیچ اپی‌ژنتیک شناسایی کرده‌اند که ژن‌ها را در مراحل اولیه رشد جنینی فعال می‌کند.

این کشف، برای اولین بار نشان می‌دهد که مهره‌داران بیش از یک نوع نشان اپی‌ژنتیک روی DNA دارند و نوری تازه بر چگونگی تنظیم ژن‌ها در ابتدایی‌ترین مراحل رشد می‌تاباند. نتایج این تحقیق در مجله "سل" منتشر شده است.

۵ fC دومین تغییر شیمیایی اثبات‌شده اپی‌ژنتیک بعد از متیل‌سیتوزین است.

بدن ما از تریلیون‌ها سلول تشکیل شده که همگی با همکاری هم یک ارگانیسم کاربردی را شکل می‌دهند. با این حال، هر یک از ما از تنها یک سلول تخمک بارور شده آغاز می‌کنیم. برای اینکه به یک انسان کامل تبدیل شویم، این سلول منفرد باید به سرعت تقسیم شود و تمام اعضای بدن را در مکان‌های درست شکل دهد. این فرآیند رشد به فعال شدن هزاران ژن در زمان و مکان دقیق وابسته است.

فعال شدن و غیرفعال شدن ژن‌ها توسط تغییرات شیمیایی موسوم به اپی‌ژنتیک کنترل می‌شود، یعنی گروه‌های شیمیایی متصل به DNA و پروتئین‌های مرتبط با آن که مانند چراغ‌های راهنمایی عمل می‌کنند و ژن‌ها را روشن یا خاموش می‌کنند. 

برای چندین دهه، دانشمندان تصور می‌کردند که مهره‌داران تنها یک نوع تغییر اپی‌ژنتیک روی DNA دارند که متیلاسیون سیتوزین نام دارد و با خاموش کردن ژن‌ها مرتبط است. ده سال پیش، سه تغییر شیمیایی دیگر در DNA مهره‌داران کشف شد، اما از آنجا که این تغییرات در مقادیر بسیار کمی وجود داشتند، دانشمندان درمورد کارکرد اپی‌ژنتیکی آنها نامطمئن بودند.

اکنون نیهارس و تیم او برای اولین بار نشان داده‌اند که یکی از این تغییرات به نام ۵-فورمیل‌سیتوزین در فعال کردن ژن‌ها در رشد اولیه نقش دارد. این کشف مهم است، زیرا نشان می‌دهد مهره‌داران بیش از یک نوع تغییر اپی‌ژنتیک روی DNA دارند و مکانیسم جدید و ناشناخته‌ای از تنظیم اپی‌ژنتیک ژن‌ها را فاش می‌کند.

نیهارس، مدیر علمی و مؤسس IMB که در سال ۲۰۱۱ در پردیس دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینز (JGU) تأسیس شده است، گفت: «این یافته‌ها یک جهش واقعی در اپی‌ژنتیک هستند، زیرا ۵ fC تنها دومین تغییر شیمیایی اثبات‌شده اپی‌ژنتیک در DNA بعد از متیل‌سیتوزین است.» 

کشف سوئیچ مخفی ژن‌ها در جنین

بررسی ۵ fC در جنین‌های قورباغه و موش 
در این مطالعه، دانشمندان به بررسی ۵ fC در جنین‌های قورباغه پرداختند. با استفاده از میکروسکوپ و کروماتوگرافی، آنها کشف کردند که ۵ fC در ابتدای رشد و در مرحله‌ای کلیدی به نام فعال‌سازی زایگوتیک که در آن بسیاری از ژن‌ها فعال می‌شوند، به شدت افزایش می‌یابد.

الِفتریا پاراسیرکی، نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد: «مشاهده ۵ fC در نقاط ریز قابل مشاهده با میکروسکوپ، یا کروموسنترها، بسیار هیجان‌انگیز بود. بر اساس آنها، ما حدس زدیم که ۵ fC باید نقش مهمی در رشد اولیه جنین داشته باشد.»

برای اثبات اینکه ۵ fC یک نشان اپی‌ژنتیک فعال‌کننده است، دانشمندان آنزیم‌های موجود در جنین را به صورت ژنتیکی دستکاری کردند تا مقدار ۵ fC را روی DNA افزایش یا کاهش دهند. افزایش ۵ fC منجر به افزایش بیان ژن شد و کاهش آن باعث کاهش بیان ژن شد، که نشان داد حضور ۵ fC روی DNA واقعاً ژن‌ها را فعال می‌کند. در نهایت، دانشمندان همچنین مراکز کروموسنتر ۵ fC را در جنین‌های موش در طول فعال‌سازی ژن زایگوتیک مشاهده کردند. این موضوع نشان می‌دهد که ۵ fC احتمالاً به‌عنوان یک نشان اپی‌ژنتیک فعال‌کننده هم در پستانداران و هم در قورباغه‌ها عمل می‌کند.

افشاگری اینکه ۵ fC یک تنظیم‌کننده فعال اپی‌ژنتیک در DNA است، سوالات زیادی را در مورد نحوه عملکرد دقیق آن و نقش آن فراتر از فعال‌سازی ژنوم زایگوتیک ایجاد می‌کند. به‌ویژه، سلول‌های سرطانی می‌توانند مقادیر بسیار زیادی از ۵ fC داشته باشند. مطالعات بیشتری در مورد ۵ fC لازم است تا به این سوالات پاسخ داده شود که در نهایت ممکن است به ما کمک کند تا بهتر بفهمیم چگونه رشد می‌کنیم و چگونه تنظیم ژن‌ها در بیماری مختل می‌شود.