جد مشترک انسان، مگس و کرم با بررسی شباهت های ژنومی آنها

اخیرا درجهت شناسایی پیچیدگی های ژنوم انسانی سه بررسی جامع انجام شده و داده های بسیار کارآمدی از مقایسه عملکرد ژنوم انسان، مگس سرکه  و کرم حلقوی به دست آمده است.

دانشمندانی که بر روی ژنوم انسان، مگس و کرم کار می کردند متوجه شدند این گونه ها دارای نقاط کلیدی مشترکی در فعالیت های زیستی خود هستند که بیانگر جد مشترک آنهاست. این یافته ها، در ۲۸ اوت ۲۰۱۴ در مجله Nature به چاپ رسیده و نکات کلیدی را در زمینه تکامل جنینی، تنظیم بیان ژن و دیگر پروسه های زیستی فاش ساخته است که برای فهم بهتر زیست شناسی انسان و بیماری های وابسته آن، حیاتی می باشد.

این مطالعه، در رابطه با داده های حاصل از پروژه های ENCODE و modENCODE است که به وسیله پژوهشکده ملی تحقیق ژنوم انسانی (NHGRI) پشتیبانی می شوند. یافته های این مطالعه برای بررسی نحوه بیان ژن ها و  پروتئین های تنظیمی که در سلول ها به صورت یکسان عملکرد دارند استفاده شده است. محققان همچنین روش های یکسانی را که در آن، سه گونه مورد بررسی DNA خود را در هسته توسط پروتئین ها بسته بندی کرده و عملکرد ژنوم خود را با میزان دسترسی به DNA تنظیم می کنند مورد بازبینی قرار داده اند.

هدف modENCODE از سال ۲۰۰۷ ایجاد یک فهرست مقایسه ای از عوامل عملکردی در ژنوم مگس سرکه و کرم حلقوی برای استفاده های تحقیقاتی بوده است. این عوامل شامل ژن هایی که پروتئین ها را کد می کنند، ژن های غیر کد کننده پروتئین و عوامل تنظیمی بیان ژن ها می باشند. داده های اولیه از این یافته ها در سال ۲۰۱۰ انتشار یافت. این پروژه مکمل پروژه دایرهالمعارف عوامل DNA (ENCODE) که عوامل عملکردی ژنوم انسان و موش را مقایسه می کرد می باشد.

رئیس NHGRI دکتر Eric Green  می گوید:

" محققان modENCODE، یک منبع ارزشمند برای تمام دانشمندان دنیا فراهم کرده اند. دیدی که در مورد ژنوم ارگانیسم های مورد مطالعه به دست آمده است به میزان قابل توجهی به دانش ما در مورد زیست شناسی انسانی کمک می کند."

دکتر Mark Gerstein از بخش بیوانفورماتیک دانشگاه Yale و نویسنده اول این مقاله می گوید:

" یک روش برای تشریح و شناسایی ژنوم انسانی، مقایسه ژنومی و مطالعه ارگانیسم های مدل است. نکته مهم در مورد کرم و مگس این است که آنها از لحاظ تکاملی از انسان فاصله بسیاری دارند در نتیجه یافتن بخشی که در هر سه این جانداران محافظت شده و بدون تغییر باقی مانده باشد به ما می گوید که این بخش بسیار قدیمی و جزو عوامل پایه ای حیات می باشد."

در مطالعه ای که به رهبری دکتر Gerstein انجام شد، رونوشت های ژن انسان، کرم و مگس مورد بررسی قرار گرفت. آنها داده های وسیعی از بیان ژنی را در پروژه ENCODE استفاده کرده اند (شامل ۶۷ میلیارد ژن توالی یابی شده)  تا الگوهای بیان ژنی مشترک بین سه گونه را به دست آورند.

محققان نشان داده اند روشی که در آن DNA درون سلول بسته بندی می شود در بسیاری از موارد یکسان بوده و گونه ها ی متفاوت، روش یکسانی را برای خاموش و یا روشن کردن ژن ها به کار می برند. همچنین از الگوهای بیان ژنی برای مقایسه میزان تکامل کرم و مگس مخصوصا در جنین آنها و بین مرحله لاروی و بزرگ سالی استفاده شده است.

دانشمندان متوجه شده اند که در تمام این ارگانیسم ها میزان بیان ژن برای هر دو بخش کد کننده و غیر کد کننده پروتئین می تواند از لحاظ مقداری به وسیله ساختار کروماتین در پروموترهای آنها پیش بینی شود. پروموتر یک ژنوم به سیستم سلول ابلاغ می کند که در کجا DNA به RNA و سپس به پروتئین تبدیل شود. DNA در سلول ها در کروماتین بسته بندی می شود و تغییر در این بسته بندی می تواند عملکرد ژن را تنظیم کند.

یکی دیگر از نویسندگان این مقاله دکتر Susan Celniker سرپرست بخش ژنومی آزمایشگاه ملی Berkeley می گوید:

" یافته های ما دید جدیدی برای شناخت نحوه بیان ژن و نقش رونوشت های ژنی ایجاد می کند. modENCODE همچنین کمک کرد تا استانداردی برای داده های مختلف به دست آمده ایجاد شود."

گروه دیگری از دانشمندان بر روی چگونگی سازماندهی کروماتین و تاثیر آن بر تنظیم ژن در این سه گونه کار کرده اند. با استفاده از داده های ENCODE، دانشمندان الگوی تغییرات کروماتین که برای دسترسی سلول ها به DNA مورد نیاز بود را مورد بررسی دادند و مشاهده کردند تغییر در همانند سازی DNA در نتیجه تغییرات کروماتینی می باشد. محققان متوجه شدند که بیشتر تغییرات در این سه گونه یکسان است.

دکتر Jason Leib از بخش ژنتیک انسانی دانشگاه Chicago می گوید:

" ما متوجه شدیم که بیشتر این تغییرات کروماتینی در این سه ارگانیسم محافظت شده هستند. توجه زیادی بر روی کروماتین  وجود دارد زیرا بسیاری از بیماری ها مانند سرطان با آن در ارتباط هستند."

مطالعات نشان داده اند که بعضی از سرطان ها می توانند با جهش در ژن های مربوط به کروماتین به وجود بیایند.

در مطالعه دیگری، دانشمندان شباهت در تنظیم بیان ژن را مورد بررسی قرار دادند. دانشمندان بر روی عوامل تنظیم رونویسی که برای تمایز سلول پیش ساز به سلول های بافت مانند کلیه، پوست و چشم مورد نیاز است، متمرکز شدند. یکی از نویسندگان اصل این مقاله دکتر Michael Snyder از مرکز ژنومیک و درمان Stanford کالیفرنیا می گوید:

" اینها هماهنگ کننده های اصلی هستند و به کلیدهایی برای کنترل سرنوشت سلول متصل می شوند. یکی از سوالات اصلی در ژنوم شناسی، تعیین عواملی است که با همکاری هم ژن های خاصی را روشن می کنند."

محققان متوجه شده اند که عوامل رونویسی به توالی های یکسانی از DNA  در ژنوم این سه گونه متصل می شوند. دکتر Snyder می گوید:

" این نکته نشان دهنده ثابت بودن و محافظت شدن این توالی ها در این سه گونه می باشد. قواعد اصلی تنظیم به صورت کلی یکسان است."

این گروه تفاوت هایی را نیز شناسایی کرده اند. این عوامل رونویسی بیشتر اوقات در زمان های متفاوتی بیان می شوند.

بیشتر مقالات منتشر شده توسط modENCODE در مجلات Nature، Genome Research، Genome Biology به چاپ رسیده است. مقالات دیگری نیز با توجه بیشتری بر روی یک گونه خاص، روش های تشخیص و تحقیق بر روی پروسه های زیستی به چاپ رسیده است. این حجم زیاد داده  ها و مقالات بیانگر اهمیت بالای این طرح می باشد.

آیا به راستی کرم، مگس سرکه و انسان جد مشترکی داشته اند؟

منبع: Nature

  • نویسنده : بهزاد دماوند
  • تاریخ انتشار : ۰۸-۰۸-۹۳