پیش از آنکه یک سلول به دو سلول دختر تقسیم شود باید تمام کروموزومهای خود را کپی کند تا هر سلول جدید مجموعهای کامل از دستورالعملهای ژنتیکی دریافت کند.
به گزارش sciencedaily، برای سالها دانشمندان بر این باور بودند که در جریان این فرایند سازماندهی سهبعدی DNA بهطور موقت از بین میرود و پس از پایان تقسیم سلولی دوباره بهتدریج بازسازی میشود؛ ساختاری که نقش مهمی در تعیین فعال یا غیرفعال بودن ژنها دارد.
اکنون نتایج مطالعهای جدید از پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نشان میدهد این دیدگاه کامل نبوده است. آنها با استفاده از روشی بسیار دقیق برای نقشهبرداری ژنوم دریافتند که حلقههای سهبعدی کوچکی که ژنها را به عناصر تنظیمی آنها متصل میکنند حتی در طول میتوز نیز حفظ میشوند. این یافته نشان میدهد ژنوم در طول تقسیم سلولی کاملا بدون ساختار نیست و نوعی حافظه ساختاری را نگه میدارد.
پژوهشگران همچنین مشاهده کردند این حلقههای تنظیمی هنگام فشرده شدن کروموزومها پیش از تقسیم سلولی برجستهتر و قویتر میشوند. با متراکمتر شدن DNA عناصر تنظیمی به هم نزدیکتر شده و امکان اتصال آنها افزایش مییابد. به گفته محققان این فرایند میتواند به انتقال تعاملات ژنی مهم از یک چرخه تقسیم به چرخه بعدی کمک کند و ارتباط میان ساختار ژنوم و عملکرد آن در تنظیم روشن و خاموش شدن ژنها را روشنتر سازد.
این پژوهش با سرپرستی آندرس سیر هانسن و ادوارد بنیگان از MIT انجام شده و نتایج آن در نشریه Nature Structural and Molecular Biology منتشر شده است.
در دو دهه گذشته دانشمندان دریافتهاند DNA در هسته سلول بهطور طبیعی به شکل شبکهای از حلقههای سهبعدی تا میشود. برخی از این حلقهها امکان تعامل ژنها با نواحی تنظیمی دوردست را فراهم میکنند و برخی دیگر به فشردهسازی کروموزومها در زمان تقسیم کمک میکنند.
بخش عمده این مطالعات با استفاده از روشی به نام Hi-C انجام شده است؛ روشی که قطعات نزدیک به هم در فضای سهبعدی هسته را بهصورت شیمیایی به هم متصل و سپس توالییابی میکند. با وجود کاربرد گسترده این روش دقت کافی برای شناسایی بسیاری از تعاملات دقیق میان ژنها و عناصر تنظیمی مانند انهنسرها را ندارد؛ توالیهای کوتاهی از DNA که با اتصال به پروموترها رونویسی ژن را فعال میکنند.
در سال ۲۰۲۳ تیم هانسن روش جدیدی به نام Region-Capture Micro-C (RC-MC) معرفی کرد که امکان بررسی معماری ژنوم را با وضوح بسیار بالاتر فراهم میکند. این فناوری با برش یکنواخت DNA و تمرکز بر نواحی خاص ژنوم نقشهای سهبعدی و بسیار دقیق ارائه میدهد.
با استفاده از این روش پژوهشگران نوعی سازماندهی ناشناخته از ژنوم را کشف کردند که میکروکامپارتمان نام گرفت؛ حلقههای کوچک و فشردهای که در اثر اتصال نزدیک اِنهنسرها و پروموترها شکل میگیرند. در حالی که ساختارهای بزرگتر ژنومی مانند TADها و کمپارتمانهای A/B در زمان میتوز از بین میروند نتایج جدید نشان داد این میکروکامپارتمانها نهتنها باقی میمانند بلکه در طول تقسیم سلولی تقویت نیز میشوند.
این یافتهها همچنین میتواند توضیحی برای افزایش کوتاهمدت فعالیت ژنی در اواخر میتوز باشد؛ پدیدهای که پیشتر مشاهده شده بود، اما دلیل آن مشخص نبود. بررسیها نشان داد بسیاری از میکروکامپارتمانها در نزدیکی ژنهایی قرار دارند که در این مرحله افزایش موقتی در رونویسی را تجربه میکنند. فشرده شدن کروموزومها باعث نزدیکتر شدن عناصر تنظیمی و شکلگیری این حلقهها میشود و ممکن است بهطور ناخواسته فعالیت ژنی را تحریک کند؛ فعالیتی که سلول بهسرعت پس از پایان تقسیم مهار میکند.
پژوهشگران اکنون در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه تغییر اندازه و شکل سلول میتواند بر سازماندهی سهبعدی ژنوم و تنظیم ژنها تاثیر بگذارد. یکی از پرسشهای کلیدی این است که سلول چگونه تصمیم میگیرد کدام میکروکامپارتمانها پس از ورود به مرحله G۱ حفظ شوند و کدام حذف شوند تا دقت بیان ژنها حفظ شود.
این مطالعه دیدگاه تازهای درباره نحوه حفظ ساختار و عملکرد ژنوم در طول تقسیم سلولی ارائه میدهد و نشان میدهد که حتی در یکی از پویاترین مراحل چرخه حیات سلول نیز سازماندهی سهبعدی DNA بهطور کامل از بین نمیرود.
انتهای پیام/