سلول‌ها برای ترمیم آسیب‌های DNA چه مکانیسمی دارند؟

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،ژنوم انسان شامل سه میلیارد جفت باز است و زمانی که یک سلول تقسیم می‌شود تقریباً هفت ساعت طول می‌کشد تا نسخه‌ای کامل از DNA خود را بسازد. این یعنی سلول در هر ثانیه حدود ۱۲۰ هزار جفت باز را کپی می‌کند.

به گزارش phys.org سرعتی که انتظار می‌رود خطا‌هایی را به همراه داشته باشد و واقعاً هم چنین است حدود دو خطا در هر ثانیه در هر سلول تقسیم‌شونده رخ می‌دهد. اما سلول‌ها دارای مجموعه‌ای از آنزیم‌ها هستند که به آنها کیت ترمیم DNA گفته می‌شود و این آنزیم‌ها با همان سرعت خطا‌ها را شناسایی و اصلاح می‌کنند.

اما مشکل بزرگ‌تر زمانی رخ می‌دهد که در فرآیند تکثیر DNA مانعی ایجاد شود. این مانع می‌تواند موجب شکستگی کروموزوم شود که در صورت ترمیم نشدن، منجر به از دست رفتن اطلاعات ژنتیکی حیاتی می‌شود. این شکستگی‌ها و فاصله‌های خالی در DNA می‌توانند خطرناک بوده و احتمال بروز بیماری‌های ژنتیکی یا سرطان را افزایش دهند.

کاترین فرودنرایش استاد زیست‌شناسی در پژوهش‌های خود واکنش سلول‌ها به این آسیب‌های بحرانی را در سلول‌های مخمر بررسی کرده است که مدلی برای سلول‌های انسانی به شمار می‌رود. او و همکارانش در مطالعه‌ای جدید که در نشریه Cell Reports منتشر شده، روی بخش‌هایی از DNA تمرکز کردند که بیشتر مستعد شکستگی هستند.

این بخش‌ها معمولاً شامل رشته‌های بلند از توالی‌های تکراری سه‌تایی مانند CAGCAGCAG یا زوج‌های تکراری مانند ATATATAT هستند که طول آنها از چند واحد تا صد‌ها واحد متغیر است. در این شرایط DNA ممکن است به جای شکل‌گیری یک مارپیچ دوگانه منظم، به صورت ساختار‌های پیچیده‌ای مانند حلقه‌های مویی یا ساختار‌های صلیبی درآید که شبیه به سیم‌های گره‌خورده برق است.

فرودنرایش می‌گوید: این مسأله کوچک نیست، زیرا بخش تکراری DNA تقریباً ۱۰ درصد از کل ژنوم ما را تشکیل می‌دهد که حتی بیشتر از بخش‌هایی است که کد‌های پروتئینی را در بر دارد.

پیش‌بینی چاقی از سن پنج‌سالگی با تست جدید ژنتیکی

وقتی رشته‌های DNA دچار این پیچش‌ها می‌شوند پروتئین‌های ترمیم که کل DNA را برای یافتن خطا‌ها بررسی می‌کنند ممکن است در انجام وظیفه‌شان ناکام بمانند. در این شرایط گروه دوم پروتئین‌های ترمیم DNA وارد عمل می‌شوند.

فرودنرایش توضیح می‌دهد: ما در حال یادگیری وجود مکانیزم‌های پشتیبان هستیم و اکنون مشخص شده که محلی در سلول وجود دارد که ترمیم‌های بسیار دشوار به آنجا منتقل می‌شوند.

این محل در لبه داخلی هسته سلول قرار دارد و مقاله اخیر فرودنرایش چگونگی انتقال DNA آسیب‌دیده به این بخش را تشریح می‌کند. او می‌گوید: راهی که DNA به لبه هسته می‌رسد بستگی به نوع آسیب دارد. برای توالی‌های تکراری CAG می‌توان گفت که مثل این است که یک برچسب ارسال روی قطعه آسیب‌دیده زده شده و آن را به کارگاه ترمیم می‌فرستند.

زمانی که تلاش اول برای ترمیم در محل جدایش دو رشته DNA که به آن شاخک تکثیرگفته می‌شود متوقف می‌شود، مجموعه‌ای از پروتئین‌ها که وظیفه تثبیت شاخک را دارند یک گروه فسفات را به یک پروتئین سیگنال‌دهنده اضافه می‌کنند؛ این فسفریلاسیون مثل برچسب ارسال عمل می‌کند. این سیگنال باعث آزاد شدن کروموزوم آسیب‌دیده از تکیه‌گاهی فیزیکی شده و به آن آزادی حرکت بیشتری در هسته می‌دهد. همین آزادی حرکت موجب شکل‌گیری میکروتوبول‌ها می‌شود؛ رشته‌های بلند پروتئینی که مسیر مستقیمی به لبه هسته ایجاد می‌کنند. DNA آسیب‌دیده بر روی این مسیر‌ها به محل ترمیم منتقل می‌شود.

فرودنرایش با بیان این که کشف چگونگی عملکرد این مکانیزم پشتیبان می‌تواند راهبردی برای درمان سرطان باشد می‌گوید: سلول‌های سرطانی مجبورند ژنوم خود را بسیار سریع تکثیر کنند و احتمالاً به شدت به این مکانیزم‌های پشتیبان ترمیم DNA وابسته‌اند تا زنده بمانند. اگر بتوانیم آسیب‌پذیری‌های این مسیر‌های ترمیم را هدف قرار دهیم، شاید بتوانیم به شیوه‌ای ترجیحی سلول‌های سرطانی را از بین ببریم.