سال‌ها دانشمندان فکر می‌کردند که بخش‌های خاصی از دی‌ان‌ای (DNA) ما بی‌فایده هستند، باقی‌مانده‌هایی از ویروس‌های باستانی که هیچ هدفی نداشتند. اما یک مطالعه بین‌المللی جدید این ایده را به طور کامل تغییر داده است!
محققان کشف کرده‌اند که این توالی‌های به اصطلاح “ژن‌های زائد” که میلیون‌ها سال پیش از ویروس‌ها به ارث رسیده‌اند، در واقع به کنترل نحوه رفتار ژن‌های ما کمک می‌کنند، به ویژه در مراحل اولیه رشد انسان! به نظر می‌رسد برخی از این قطعات ویروسی مانند کلیدهای روشن/خاموش برای ژن‌ها عمل کرده و حتی ممکن است به توضیح اینکه چه چیزی انسان را از سایر گونه‌ها متمایز می‌کند، کمک کنند. به‌‌نظر می‌رسد، ارواح ویروس‌های باستانی هنوز هم امروز زندگی ما را شکل می‌دهند!
قدرت‌های پنهان دی‌ان‌ای ویروسی باستانی
برخی از بخش‌های دی‌ان‌ای ما از توالی‌های تکراری معروف به عناصر ترانسپوزون (TEs) تشکیل شده‌اند که در ابتدا از ویروس‌های باستانی آمده‌اند. در طول میلیون‌ها سال، این قطعات ویروسی با استفاده از فرآیند کپی و چسباندن در ماده ژنتیکی ما تکثیر شدند. امروزه، آنها نزدیک به نیمی از کل ژنوم انسان را تشکیل می‌دهند. دانشمندان قبلاً معتقد بودند که این توالی‌ها بی‌فایده هستند، اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که برخی از TEs مانند “کلیدهای ژنتیکی” عمل کرده و ژن‌های مجاور را بسته به نوع سلول، روشن یا خاموش می‌کنند.
مطالعه این عناصر چالش‌برانگیز بوده است زیرا آنها تمایل دارند تقریباً یکسان به نظر برسند و بارها در سراسر ژنوم تکرار شوند. خانواده‌های جوان‌تر TEs، مانند MER11، به ویژه تجزیه و تحلیل دشواری داشته‌اند و در پایگاه‌های داده ژنتیکی فعلی به خوبی برچسب‌گذاری نشده‌اند. این امر درک عملکرد واقعی آنها را برای محققان دشوار کرده است.
برای حل این مشکل، دانشمندان روش جدیدی برای مرتب‌سازی و طبقه‌بندی TEs ایجاد کردند. آنها به جای تکیه بر ابزارهای معمول حاشیه‌نویسی، توالی‌های MER11 را بر اساس میزان ارتباط نزدیک آنها در طول زمان و میزان ثبات آنها در نخستی‌سانان گروه‌بندی کردند. با این رویکرد، آنها MER11A و B و C را به چهار زیرخانواده کاملاً تعریف‌شده به نام MER11_G1 تا G4، به ترتیب از قدیمی‌ترین به جدیدترین، بازطبقه‌بندی کردند.
بینش‌های اپی‌ژنتیکی نقش‌های عملکردی را آشکار می‌کنند
با این طبقه‌بندی به‌روز شده، تیم الگوهایی را کشف کرد که قبلاً نادیده گرفته شده بودند. آنها به نحوه مطابقت این گروه‌های MER11 تازه تعریف‌شده با نشانگرهای اپی‌ژنتیکی، برچسب‌های شیمیایی روی دی‌ان‌ای و پروتئین‌های مرتبط با آن که به تنظیم فعالیت ژن کمک می‌کنند، نگاه کردند. نتایج نشان داد که طبقه‌بندی جدید آنها بهتر منعکس‌کننده نقش‌های بیولوژیکی واقعی این عناصر در مقایسه با روش‌های قبلی است.
برای آزمایش اینکه آیا توالی‌های MER11 می‌توانند مستقیماً بر فعالیت ژن تأثیر بگذارند، محققان از تکنیکی به نام lentiMPRA (مخفف lentiviral massively parallel reporter assay) استفاده کردند. این روش به دانشمندان اجازه می‌دهد تا هزاران توالی دی‌ان‌ای را به‌طور همزمان با قرار دادن آنها در سلول‌ها و اندازه‌گیری میزان تقویت بیان ژن توسط هر یک بررسی کنند. با استفاده از lentiMPRA، این تیم نزدیک به ۷۰۰۰ توالی MER11 از انسان و سایر نخستی‌سانان را آزمایش و نحوه تأثیر آنها بر رفتار ژن در سلول‌های بنیادی انسان و سلول‌های اولیه عصبی را مشاهده کرد.
قدرت و منحصر‌به‌فرد بودن MER11_G4
نتایج نشان داد که MER11_G4 (جوان‌ترین زیرخانواده) توانایی قوی در فعال کردن بیان ژن از خود نشان داد. همچنین دارای مجموعه‌ای متمایز از “موتیف‌های” تنظیمی بود که قطعات کوتاهی از دی‌ان‌ای هستند که به عنوان محل اتصال برای فاکتورهای رونویسی، پروتئین‌هایی که کنترل می‌کنند چه زمانی ژن‌ها روشن شوند، عمل می‌کنند. این موتیف‌ها می‌توانند به‌طور چشمگیری بر نحوه پاسخ ژن‌ها به سیگنال‌های رشدی یا نشانه‌های محیطی تأثیر بگذارند.
تحلیل بیشتر نشان داد که توالی‌های MER11_G4 در انسان، شامپانزه و ماکاک در طول زمان تغییرات کمی متفاوتی را انباشته کرده‌اند. در انسان و شامپانزه، برخی از توالی‌ها جهش‌هایی را به دست آوردند که می‌توانست پتانسیل تنظیمی آنها را در سلول‌های بنیادی انسان افزایش دهد.
دکتر ژون چن، محقق اصلی، توضیح می‌دهد:
MER11_G4 جوان به مجموعه‌ای متمایز از فاکتورهای رونویسی متصل می‌شود، که نشان می‌دهد این گروه از طریق تغییرات توالی، عملکردهای تنظیمی متفاوتی را به دست آورده و به گونه‌زایی کمک می‌کند.
بازنگری در “ژن‌های زائد” در تکامل
این مطالعه مدلی برای درک چگونگی تکامل “ژن‌های زائد” به عناصر تنظیمی با نقش‌های بیولوژیکی مهم ارائه می‌دهد. با ردیابی تکامل این توالی‌ها و آزمایش مستقیم عملکرد آنها، محققان نشان داده‌اند که چگونه دی‌ان‌ای ویروسی باستانی در شکل‌دهی فعالیت ژن در نخستی‌سانان به کار گرفته شده است.
دکتر اینوئه، یکی از نویسندگان همکار، خاطرنشان می‌کند:
ژنوم ما مدت‌ها پیش توالی‌یابی شد، اما عملکردهای بسیاری از بخش‌های آن ناشناخته باقی مانده است. تصور می‌شود عناصر ترانسپوزون نقش مهمی در تکامل ژنوم ایفا می‌کنند و انتظار می‌رود با پیشرفت تحقیقات، اهمیت آنها روشن‌تر شود.
منبع: Scitechdaily
