شناسایی یک نقش اساسی در ساختار DNA که پیشتر کاذب تلقی می‌شد

دانشمندان برای مولکول DNA که تا پیش از این تصور می‌شد نقش اساسی یا مهمی در ساختار زیستی ندارد، یک نقش اساسی شناسایی کردند.

پژوهشگران مشخص کرده‌­اند که نوعی DNA با نقش غیراساسی که از آن با تعبیر DNA کاذب یاد می‌شود، به چه شکلی می‌تواند نقش مهمی در شکل دادن موجویت و ماهیت ژنوم یکپارچه داشته باشد. یافته‌­های آنها که اخیرا در مجله‌ی ‌eLife منتشر شده است، نشان می‌­دهد که این پدیده‌ی کاذب ژنتیکی، در انجام عملکرد حیاتی قرارگیری صحیح کروموزوم­‌ها درون هسته‌ی سلولرا انجام می­‌دهد؛ عملکردی که برای بقای سلولی مورد نیاز است. و به نظر می‌رسد که این فرایند در بسیاری از گونه‌­ها حفظ می­‌شود.

این DNA ‌کاذب پری‌سانترومتیک (دور سانترومتر کروموزوم) شامل یک توالی بسیار ساده و بسیار تکراری از کد ژنتیکی است و اگرچه بخش قابل توجهی از ژنوم ما را تشکیل می­‌دهد، حاوی دستورالعملی برای ساخت پروتئین‌­های خاصی نیست. طبیعت تکراری آن باعث پایداری کمتر و حساسیت بالای آن در برابر آسیب‌­ها یا بیماری­‌ها شده است.

تا همین اواخر، دانشمندان معتقد بودند که DNA به‌اصطلاح کاذب یادشده، به هیچ هدف واقعی و کارامدی در ساختار زنده کمکی نکرده است. یوکیکو یاماشیتا، استاد در موسسه‌ی علوم زندگی دانشگاه میشیگان و نویسنده‌ی اصلی این مقاله‌ی پژوهشی می­‌گوید:

با این حال ما کاملا متقاعد نشده بودیم که این فقط یک ژنوم کاذب باشد. اگر ما به‌طور جدی به آن نیازی نداریم و هیچ مزیتی برای ما ندارد، احتمالا سیر تکامل می‌بایستی از آن خلاص می‌شد و آن را حذف می‌کرد. اما این اتفاق نیفتاده است.

یاماشیاتا و همکارانش تصمیم گرفتند روی این گزاره تحقیق کنند: اگر سلول‌­ها نتوانند از این DNA کاذب پری سانترومتیک استفاده کنند چه اتفاقی برای سلول در پی خواهد داشت؟ از آنجایی که این DNA کاذب به‌صورت توالی‌های طولانی و تکراری وجود دارد، پژوهشگران نمی‌توانند به‌سادگی تمام DNA کاذب را از ژنوم تغییر داده یا قطع کنند. درعوض، آنها از طریق پروتئین D1 که یک پروتئین شناخته‌شده برای اتصال به DNA کاذب است، به پاسخ این پرسش رسیدند.

سلول‌ها بدون کل ژنوم موجود در هسته، نمی­‌توانند زنده بمانند

پژوهشگران، پروتئین D1 را از سلول‌های یک ارگانیسم مدل رایج، مگس میوه (نام علمی Drosophila Melanogaster) خارج کردند و پس از آن به‌سرعت مشاهده شد که سلول‌­های زاینده (سلول‌­هایی که در نهایت به اسپرم یا تخمک تبدیل می‌­شوند) در حال از بین رفتن بودند.

تجزیه‌وتحلیل بیشتر نشان داد که سلول­‌های در حال مرگ، پدیده‌ای موسوم به میکروهسته یا جوانه‌­های کوچک را تشکیل می‌­دهند. میکروهسته‌ها شامل قطعات ژنوم در خارج از هسته هستند.

سلول‌ها بدون کل ژنوم موجود در هسته، نمی­‌توانند زنده بمانند. پژوهشگران بر این باورند که پروتئین D1 به DNA کاذب متصل می‌­شود تا تمام کروموزوم­‌ها را به‌صورت یکجا به سمت هسته بکشاند.

اگر پروتئین D1 نتواند DNA کاذب را به دست بیاورد، سلول توانایی خود برای تشکیل یک هسته‌ی کامل را از دست می‌­دهد و در نهایت می­‌میرد. یاماشیتا استاد زیست‌شناسی رشد و سلولی در دانشکده پزشکی میشگیان می­‌گوید:

این همانند تشکیل یک دسته گل است. پروتئین دارای جایگاه‌­های اتصال متعدد است، بنابراین می‌تواند روی کروموزوم‌های متعدد متصل شود و آن­ها را در یک مکان با هم قرار بدهد؛ که این کار مانع شناور شدن کروموزوم‌­های هسته می‌­شود.

این تیم آزمایش­‌های مشابهی روی سلول‌های موش انجام داد و نتایج مشابهی به‌دست آورد: سلول­‌ها با حدف پروتئینی که به‌طور معمول به DNA کاذب سلول‌­های موش متصل می­‌شود، میکروهسته را دوباره تشکیل داده و از بین رفتند.

نتایج مشابه به‌دست‌آمده از هر دو پژوهش روی مگس میوه و سلول‌های موش توسط یاماشیتا و همکارانش نشان داد که DNA کاذب، نه فقط در اندام­‌های مدل‌­های آزمایش، بلکه در میان گونه‌­هایی که DNA به‌صورت یکجا داخل هسته قرار دارد (از جمله انسان) نیز برای بقای سلولی ضروری است.