عملکرد پنهان دی ان ای زائد کشف شد؛ نقش حیاتی آن در تنظیم فعالیت ژن ها

برای دهه ها بخش بزرگی از ژنوم انسان که تحت عنوان «دی ان ای زائد» شناخته می شد، به عنوان بخش بی فایده ای از کد ژنتیکی ما در نظر گرفته می شد. اما پژوهش های اخیر نشان می دهند که این دیدگاه به شدت اشتباه بوده است. دانشمندان اکنون شواهد قانع کننده ای ارائه داده اند که نشان می دهد این بخش ها نه تنها زائد نیستند، بلکه نقش کلیدی در تنظیم بیان ژن ها، به ویژه در مراحل اولیه رشد سلولی دارند.

نقش جدید دی ان ای زائد در تنظیم ژن ها

تا همین اواخر، بسیاری از توالی های غیرکد کننده دی ان ای را بقایای بی استفاده از دوران تکامل می دانستند. اما پژوهشگران با استفاده از روش های پیشرفته تحلیل ژنومی به این نتیجه رسیده اند که این نواحی به ظاهر بلااستفاده، می توانند عملکردهای مهمی در کنترل روشن و خاموش شدن ژن ها ایفا کنند.

بررسی ها نشان داده است که بخش هایی از دی ان ای موسوم به عناصر متحرک (که قابلیت جابه جایی در ژنوم را دارند) در واقع نوعی «سوئیچ ژنتیکی» هستند که فعال یا غیرفعال شدن ژن های مجاور را تنظیم می کنند. این کشف می تواند نگرش دانشمندان را نسبت به بخش بزرگی از ژنوم انسان به کلی تغییر دهد.

از نظریه زائد بودن تا نقش کلیدی در تنظیم رشد سلول

در سال های دور، به ویژه در میانه قرن بیستم، نواحی بزرگی از دی ان ای که فاقد کدهای مشخص برای تولید پروتئین بودند، بی ارزش تلقی می شدند. دلیل اصلی این برداشت، نبود ابزار و فناوری لازم برای بررسی عملکرد این توالی ها بود. یکی از مهم ترین بخش های این دی ان ای های غیرکد کننده، عناصر متحرک هستند که می توانند در نقاط مختلف ژنوم ظاهر شوند.

این توالی ها ابتدا در گیاهانی مانند ذرت شناسایی شدند، اما بعدها مشخص شد که تقریبا در تمام موجودات زنده از جمله انسان نیز وجود دارند. با گذشت زمان، نقش آن ها در فرآیندهای ژنتیکی مختلف بیشتر آشکار شد.

عناصر متحرک و تأثیر آنها بر تنظیم ژن ها

عناصر متحرک حدود ۴۵ درصد از ژنوم انسان را تشکیل می دهند. این توالی ها قادرند خود را در بخش های مختلف دی ان ای کپی کنند و در طول تکامل، در موقعیت های متعددی ظاهر شوند. تا سال های اخیر، تصور می شد که این تکرار بی هدف و شبیه به هم، آن ها را به بقایای ویروسی منقرض شده تبدیل کرده است. اما پژوهش های جدید نشان می دهند که برخی از آن ها دارای عملکردهای دقیق و پیچیده ای هستند.

در این پژوهش جدید، تمرکز دانشمندان بر گروهی از عناصر متحرک به نام MER11 بود. این توالی ها از جمله عناصر جوان تر در تاریخ تکامل هستند و بررسی آن ها می تواند سرنخ هایی درباره عملکردهای تنظیمی نهفته در دی ان ای بدهد.

روشی نوین برای شناسایی الگوهای پنهان در توالی MER11

بررسی این توالی ها با روش های قدیمی به دلیل شباهت ظاهری زیادشان با یکدیگر دشوار بود. برای رفع این چالش، پژوهشگران روشی مبتنی بر تحلیل تکاملی توسعه دادند. در این روش، به جای تمرکز صرف بر شباهت های ظاهری، توالی های MER11 بر اساس زمان ورودشان به ژنوم و میزان حفظ شدن آن ها در گونه های مختلف نخستی مانند انسان، شامپانزه و ماکاک دسته بندی شدند.

بر اساس این روش، توالی های MER11 به چهار گروه مجزا (MER11_G1 تا MER11_G4) تقسیم شدند. گروه G1 قدیمی ترین و گروه G4 جدیدترین گروه در تاریخ تکامل محسوب می شود.

یافته های کلیدی درباره MER11_G4 و نقش آن در سلول های بنیادی

نتایج حاصل از این دسته بندی دقیق نشان داد که گروه MER11_G4 توانایی زیادی در فعال سازی ژن ها دارد. این گروه شامل توالی هایی بود که در آزمایش های سلولی، به طور ویژه در سلول های بنیادی و نورونی در مراحل اولیه رشد فعال بودند. این یافته بسیار مهم است، چرا که سلول های بنیادی نقش اساسی در رشد، ترمیم و تمایز بافت های بدن دارند.

پژوهشگران با روش lentiMPRA هزاران توالی را به طور همزمان آزمایش کردند تا بررسی کنند کدام توالی ها بیشترین تاثیر را در فعال سازی ژن ها دارند. گروه MER11_G4 بالاترین فعالیت تنظیمی را نشان داد.

الگوهای تنظیمی و اتصال فاکتورهای رونویسی

توالی های MER11_G4 حاوی بخش های خاصی به نام «الگوهای تنظیمی» هستند. این الگوها نقاطی از دی ان ای هستند که فاکتورهای رونویسی به آن ها متصل می شوند. فاکتورهای رونویسی مسئول تعیین زمان و مکان فعال شدن ژن ها در سلول هستند. چنین ساختاری به توالی های MER11_G4 این قابلیت را داده است که در پاسخ به سیگنال های رشد یا محرک های محیطی، رفتار ژنتیکی سلول را هدایت کنند.

ثبات تکاملی و تفاوت عملکرد در انسان و سایر نخستی ها

یکی از نکات جالب این پژوهش، پایداری بالای توالی های MER11_G4 در بین گونه هایی مانند انسان، شامپانزه و ماکاک است. با وجود این پایداری، تغییرات کوچکی در برخی از این توالی ها دیده شده که احتمالاً باعث شده اند عملکرد آن ها در انسان به‌ویژه در سلول های بنیادی، قوی تر باشد.

این تفاوت های کوچک اما معنادار در توالی دی ان ای می تواند یکی از دلایل اصلی تفاوت های عملکردی بین گونه ها باشد. به عبارت دیگر، همین تغییرات ظریف ممکن است در فرآیند شکل گیری گونه های جدید (گونه زایی) نقش داشته باشند.

نتیجه گیری

بر خلاف آنچه برای سال ها تصور می شد، دی ان ای به اصطلاح زائد نه تنها بی فایده نیست، بلکه بخش مهمی از سیستم تنظیم ژنتیکی بدن را تشکیل می دهد. پژوهش جدید نشان داده است که توالی های خاصی از عناصر متحرک مانند MER11_G4 می توانند در زمان های خاصی از رشد و در انواع خاصی از سلول ها نقش کلیدی در فعال سازی یا خاموش کردن ژن ها ایفا کنند.

این یافته نه تنها به اصلاح نگاه ما به ژنوم کمک می کند، بلکه می تواند راهگشای مطالعات پیشرفته تری در حوزه تکامل، درمان های ژنتیکی و شناخت بیماری های پیچیده باشد. آینده پژوهش در زمینه ژنوم انسانی، اکنون به جای تمرکز صرف بر ژن های کد کننده، به درک کامل کارکرد بخش هایی معطوف شده که زمانی بی ارزش تلقی می شدند.