آنچه دانشمندان سال ها به عنوان “دی ان ای بیهوده” یا به اصطلاح “junk DNA” می شناختند، حالا ممکن است یکی از مهم ترین کدهای موجود در ژنوم ما باشد. مطالعه جدید و بین المللی که توسط پژوهشگران موسسه زیست شناسی پیشرفته انسانی دانشگاه کیوتو و تیم هایی از ژاپن، چین، کانادا و آمریکا انجام شده، نشان می دهد که بخش هایی از دی ان ای ویروسی که میلیون ها سال پیش وارد ژن های انسان شده اند، نقش فعالی در کنترل روشن یا خاموش شدن ژن های دیگر ایفا می کنند، به ویژه در مراحل اولیه رشد و نمو انسان. این توالی ها که از ویروس های بسیار قدیمی منشأ گرفته اند، در گذر زمان به کلیدهای کوچکی برای تنظیم ژن ها تبدیل شده اند.
نقش پررنگ ترانسپوزون ها و دی ان ای ویروسی در ژنوم انسان
ترانسپوزون ها (TEs) بخش های تکراری دی ان ای هستند که منشا آن ها به ویروس های بسیار قدیمی برمی گردد. در طول میلیون ها سال، این بخش ها از طریق مکانیزم های کپی و چسباندن در سراسر ژنوم پراکنده شدند و اکنون نزدیک به نیمی از ژنوم انسان را تشکیل می دهند. زمانی تصور می شد که این توالی ها هیچ نقش مهمی در بدن ندارند، اما تحقیقات جدید ثابت کرده برخی از آن ها مثل یک کلید ژنتیکی عمل می کنند و روی فعالیت ژن های مجاور خود در انواع سلول ها تاثیر مستقیم دارند.
اما چون ترانسپوزون ها بسیار تکراری و اغلب شبیه به هم هستند، مطالعه و بررسی دقیق آن ها همیشه چالش برانگیز بوده است. به ویژه خانواده های جدیدتر مانند MER11 در پایگاه های داده ژنومیک کمتر دسته بندی شده اند و همین باعث شده نقش آن ها به خوبی شناخته نشود.
روش جدید برای شناسایی و دسته بندی ترانسپوزون ها
برای حل این مشکل، پژوهشگران یک روش نوین برای دسته بندی ترانسپوزون ها ابداع کردند. به جای استفاده از ابزارهای سنتی نشانه گذاری ژنتیکی، آن ها توالی های MER11 را بر اساس روابط تکاملی و میزان حفظ شدن آن ها در ژنوم پریمات ها گروه بندی کردند. با این رویکرد، MER11A/B/C به چهار زیرخانواده مجزا تقسیم شد که با نام های MER11_G1 تا G4 شناخته می شوند و از قدیمی ترین تا جدیدترین دسته بندی شده اند.
این روش جدید، الگوهای تازه ای از قابلیت تنظیم ژن ها را آشکار کرد. پژوهشگران زیرخانواده های جدید MER11 را با انواع مارکرهای اپی ژنتیک (نشانه های شیمیایی روی دی ان ای و پروتئین های مرتبط با آن که روی فعالیت ژن تاثیر می گذارند) مقایسه کردند و مشاهده شد که این دسته بندی جدید بسیار بیشتر با عملکرد واقعی تنظیم ژنی مطابقت دارد.
آزمایش قدرت کنترل ژنی توالی های MER11
برای بررسی مستقیم توانایی توالی های MER11 در کنترل ژن ها، تیم تحقیق از روشی به نام lentiMPRA استفاده کرد. این تکنیک پیشرفته امکان آزمایش همزمان هزاران توالی دی ان ای را با وارد کردن آن ها به درون سلول ها و اندازه گیری تاثیر هر کدام روی فعالیت ژن ها فراهم می کند. پژوهشگران این روش را برای نزدیک به ۷۰۰۰ توالی MER11 از انسان و سایر پریمات ها به کار بردند و تاثیر آن ها را در سلول های بنیادی انسانی و سلول های عصبی اولیه سنجیدند.
نتایج نشان داد که زیرخانواده MER11_G4 که جوان ترین گروه در میان آن هاست، قدرت بالایی در فعال سازی بیان ژن ها دارد. همچنین این گروه دارای مجموعه ای از موتیف های تنظیمی منحصر به فرد است؛ این موتیف ها بخش های کوتاهی از دی ان ای هستند که نقش جایگاه اتصال برای فاکتورهای رونویسی را دارند، یعنی همان پروتئین هایی که تعیین می کنند کدام ژن ها و در چه زمانی روشن یا خاموش شوند. وجود این موتیف ها می تواند باعث شود ژن ها به سیگنال های رشد یا تغییرات محیطی واکنش متفاوتی نشان دهند.
تفاوت های ژنتیکی بین انسان و دیگر پریمات ها و نقش آن در تکامل
بررسی های بیشتر نشان داد که توالی های MER11_G4 در انسان، شامپانزه و ماکاک در طول زمان دچار تغییرات جزئی اما مهمی شده اند. در انسان و شامپانزه برخی از این توالی ها جهش هایی پیدا کرده اند که می تواند قدرت تنظیمی آن ها را در سلول های بنیادی انسانی افزایش دهد. جالب اینجاست که MER11_G4 در هر گونه به شکل متفاوتی با فاکتورهای رونویسی اتصال برقرار می کند که این مسئله نشان می دهد این گروه با تغییرات ژنتیکی، عملکردهای تنظیمی منحصر به فردی به دست آورده و حتی ممکن است نقش مهمی در ایجاد تفاوت های گونه ای میان انسان و دیگر پریمات ها ایفا کرده باشد.
اهمیت این یافته ها و آینده تحقیقات ژنتیکی
این تحقیق مدل تازه ای ارائه می کند که نشان می دهد بخش هایی از “دی ان ای بیهوده” چگونه می توانند به عناصر تنظیمی مهمی با نقش های حیاتی در بدن تبدیل شوند. با ردیابی مسیر تکاملی این توالی ها و بررسی عملکرد عملی آن ها، دانشمندان نشان داده اند که دی ان ای ویروسی باستانی چگونه توانسته در شکل گیری فعالیت ژنی پریمات ها تاثیرگذار باشد.
دکتر اینوئه، یکی از نویسندگان مقاله، می گوید: ژنوم ما سال ها پیش توالی یابی شد اما هنوز عملکرد بخش زیادی از آن ناشناخته باقی مانده است. حالا مشخص شده که ترانسپوزون ها نقش مهمی در تکامل ژنوم دارند و با پیشرفت تحقیقات، اهمیت این توالی ها روز به روز بیشتر آشکار خواهد شد.
در نهایت، این پژوهش نه تنها نگاه دانشمندان به دی ان ای های به ظاهر بیهوده را تغییر داده، بلکه افق های تازه ای برای فهم نحوه عملکرد ژن ها و تکامل گونه انسان گشوده است. بررسی این کدهای مخفی می تواند در آینده نقش بزرگی در پزشکی فردی، درمان بیماری ها و حتی درک تفاوت های بین گونه ای ایفا کند.
