۲۲ دسامبر ۲۰۲۵، نیتیکا والتر -نمایش دیجیتالی درخشان از ساختار مارپیچ دوگانه DNA.-گتی ایمیجز
ژنوم انسان دیگر فقط یک توالی برای خواندن نیست. این یک ساختار پویا است که به روشهایی میپیچد، تا میخورد و تغییر شکل میدهد که به تعیین نحوه عملکرد حیات در سطح سلولی کمک میکند.
در یک پیشرفت بزرگ برای علم ژنتیک، محققان دانشگاه نورث وسترن، با همکاری پروژه بینالمللی نوکلئوم چهاربعدی، دقیقترین نقشههای تاکنون از نحوه سازماندهی DNA انسان در سه بعد در طول زمان را تولید کردهاند.این کار نگاهی بیسابقه به چگونگی تعامل فیزیکی ژنها در داخل هسته با رشد، عملکرد و تقسیم سلولها ارائه میدهد.
این مطالعه بر روی سلولهای بنیادی جنینی انسان و فیبروبلاستها، دو نوع سلول حیاتی برای درک رشد و رفتار سلولی، متمرکز بود.محققان با ردیابی نحوه حرکت و تاخوردگی DNA، کشف کردند که چگونه سازماندهی فضایی نقش محوری در تنظیم فعالیت ژن ایفا میکند.
فنگ یوئه، نویسنده همکار این مطالعه، گفت: «درک چگونگی تاخوردگی و سازماندهی مجدد ژنوم در سه بعد برای درک عملکرد سلولها ضروری است.»
این نقشهها به ما دیدگاه بیسابقهای از چگونگی کمک ساختار ژنوم به تنظیم فعالیت ژن در فضا و زمان میدهند.
DNA به جای اینکه به عنوان یک رشته خطی از کد ژنتیکی وجود داشته باشد، حلقهها، محفظهها و دامنههایی را در داخل هسته تشکیل میدهد.این ساختارهای فیزیکی بر روشن یا خاموش شدن ژنها تأثیر میگذارند و هویت سلول، رشد و پیشرفت بیماری را شکل میدهند.برای ثبت این پیچیدگی، تیم تحقیقاتی چندین فناوری پیشرفته ژنومی را در یک مجموعه داده واحد و یکپارچه ترکیب کرد.
هیچ روش واحدی نمیتواند ساختار ژنوم را به طور کامل توصیف کند، بنابراین این مطالعه رویکردهای مکمل را با دقت ادغام کرد تا تصویری واضحتر ایجاد کند.این تلاش بیش از ۱۴۰،۰۰۰ حلقه کروماتین در هر نوع سلول را آشکار کرد و عناصر مولکولی که این حلقهها را مهار کرده و تنظیم ژن را کنترل میکنند، شناسایی کرد.
همچنین طبقهبندیهای جامعی از دامنههای کروموزومی ایجاد کرد که نشان میدهد آنها در کجای هسته قرار دارند.
مدلهای ژنوم سهبعدی با وضوح بالا در سطح تک سلولی تولید شدند و به دانشمندان این امکان را دادند که ببینند ژنهای منفرد چگونه نسبت به ژنهای همسایه و عناصر تنظیمی قرار میگیرند.
این نقشهها همچنین نشان دادند که چگونه معماری ژنوم از یک سلول به سلول دیگر متفاوت است.
یافتهها نشان میدهد که تغییرات در تاخوردگی DNA ارتباط نزدیکی با فرآیندهای سلولی ضروری مانند رونویسی و تکثیر DNA دارد و به توضیح اینکه چرا سلولهای یکسان ژنتیکی میتوانند بسیار متفاوت رفتار کنند، کمک میکند.
فراتر از نقشهبرداری، محققان همچنین نقاط قوت و محدودیتهای تکنیکهای مختلف نقشهبرداری ژنوم را محک زدند و یک راهنمای عملی برای مطالعات آینده در مورد سازماندهی هستهای ارائه دادند.
نکته مهم این است که این تیم ابزارهای محاسباتی را توسعه داد که قادر به پیشبینی چگونگی تاخوردگی یک ژنوم صرفاً بر اساس توالی DNA آن هستند.این بدان معناست که دانشمندان ممکن است روزی پیشبینی کنند که چگونه گونههای ژنتیکی، به ویژه گونههای مرتبط با بیماری، ساختار ژنوم را بدون انجام آزمایشهای پیچیده آزمایشگاهی تغییر میدهند.
یو گفت: «از آنجایی که اکثر گونههای مرتبط با بیماریهای انسانی در مناطق غیر کدکننده ژنوم قرار دارند، درک چگونگی تأثیر این گونهها بر بیان ژنهای ضروری و مشارکت در بیماری بسیار مهم است. سازماندهی ژنوم سهبعدی چارچوبی قدرتمند برای پیشبینی اینکه کدام ژنها احتمالاً تحت تأثیر این گونههای بیماریزا قرار میگیرند، فراهم میکند.»
این رویکرد میتواند شناسایی جهشهای ایجادکننده بیماری را تسریع کند و مکانیسمهای پنهان پشت اختلالات ارثی، سرطانها و شرایط رشدی را کشف کند.محققان امیدوارند که کار آنها بتواند درمانهایی را که خود معماری ژنوم را هدف قرار میدهند، ممکن سازد.
یو گفت: «پس از مشاهده تغییرات ژنوم سهبعدی در سرطانها، از جمله لوسمی و تومورهای مغزی، هدف بعدی ما بررسی چگونگی هدفگیری دقیق و تعدیل این ساختارها با استفاده از داروهایی مانند مهارکنندههای اپیژنتیک است.»
این یافتهها در مجله Nature منتشر شده است.
