1 ژوئن 2023 -توسط دانشگاه نیو ساوت ولز-اعتبار: CC0 دامنه عمومی
محققان UNSW سیدنی، برای اولین بار، فرآیند سلولی ضروری را که به عنوان متیلاسیون شناخته می شود، به طور کامل تعریف کردند. در مقاله منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، این مطالعه برجسته بر نقش اساسی متیلاسیون در ایجاد پروتئین ها تأکید می کند.
متیلاسیون یک واکنش شیمیایی است که در آن یک مولکول کوچک – معروف به گروه متیل – به DNA، پروتئین‌ها یا مولکول‌های دیگر اضافه می‌شود. فرآیند متیلاسیون می‌تواند بر نحوه رفتار یک سلول تأثیر بگذارد، به عنوان مثال با ایجاد حرکت در توسعه و تمایز سلول‌های بنیادی.
دکتر جاشوا همی و پروفسور مارک ویلکینز، از دانشکده BABS، با هم به طور کامل تعریف کرده‌اند که چه پروتئین‌هایی در یک سلول مخمر حامل گروه‌های متیل هستند، برچسب در کجا یافت می‌شود و از چه ماشین‌هایی برای قرار دادن آنها در آنجا استفاده شده است.
دکتر همی، نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: «چند جنبه‌هایی از سلول وجود دارد که برای مدتی به طور جامع درک شده‌اند، مانند توالی DNA بسیاری از ژنوم‌ها». با این حال، سیستم‌های دیگر، مانند برچسب‌گذاری شیمیایی پروتئین‌ها در سلول، تقریباً هرگز به طور سیستماتیک درک نمی‌شوند.
دکتر همی می‌گوید: «ما از یک روش رسمی استفاده کرده‌ایم تا بفهمیم دقیقاً چه چیزی در مورد متیلاسیون نمی‌دانیم. از طریق بررسی تمام متون موجود در مورد متیلاسیون، این دو نفر به این نتیجه رسیده اند که ما در واقع اکثریت قریب به اتفاق این فرآیند را می دانیم و چیزهای کمی برای کشف باقی مانده است.
دکتر همی می گوید: «ما تصویر تقریباً کاملی از این سیستم ارائه کرده ایم. “و در حالی که این نشان می دهد که جزئیات بیشتری برای کشف در این زمینه وجود ندارد، اما سوالات هیجان انگیز جدیدی را در مورد سیستم به عنوان یک کل و آنچه که این تگ متیلاسیون در واقع انجام می دهد باز می کند.”
آیا همیشه چیزهای بیشتری برای کشف وجود دارد؟
پروفسور ویلکینز می گوید: “کار ما در مورد تلاش برای درک چگونگی مدیریت اطلاعات و تصمیم گیری سلول ها است.” این مهم است زیرا سلول‌ها همیشه تصمیم می‌گیرند تا با تغییرات محیط سازگار شوند، کاری را که انجام می‌دهند تغییر دهند، به رشد خود ادامه دهند یا بمیرند.»
چیزی که برای مدتی شناخته شده است این است که در داخل یک سلول، پروتئین ها را می توان با مولکول های کوچک برچسب گذاری کرد که به عنوان واحد اطلاعات یا داده عمل می کنند. اما تا به حال ما هرگز برای هیچ سلولی نمی دانیم که سلول چه تعداد از هر نوع برچسب پروتئینی دارد و سلول از چه ماشینی برای قرار دادن آنها در آنجا استفاده می کند.
سیستم متیلاسیون شامل آنزیم هایی است که پروتئین دیگری را با افزودن یک مولکول کوچک، در این مورد یک گروه متیل، تغییر می دهند و آن را “برچسب” می کنند. افزودن گروه‌های متیل می‌تواند بر نحوه عملکرد برخی مولکول‌ها در بدن تأثیر بگذارد و تغییر در الگوهای متیلاسیون ژن‌ها یا پروتئین‌ها می‌تواند بر خطر ابتلا به برخی بیماری‌ها از جمله سرطان در فرد تأثیر بگذارد.
پروفسور ویلکینز می گوید: «این فضایی است که ما برای مدت طولانی به صورت تجربی در آن کار کرده ایم. “من تصمیم گرفتم این نوع خاص از اصلاح سلولی [متیلاسیون] را مشخص کنم، اما با تمرکز بر روی کار در مخمر، به عنوان یک ارگانیسم مدل برای سلول های انسان و حیوان.”
در طول سال‌ها، پروفسور ویلکینز، دکتر همی و دیگرانی که در این زمینه کار می‌کردند، ویژگی‌های بیشتری از این فرآیند را کشف کردند، تا اینکه به نقطه‌ای رسید که ویژگی‌های کمتر و کمتری شناسایی شد.
دکتر همی می‌گوید: «در یک نقطه خاص، هرچه بیشتر تلاش می‌کردیم، کمتر می‌توانستیم پیدا کنیم. “پارادایم موجود در این زمینه این است که همیشه چیزهای بیشتری برای کشف وجود دارد. اما این مقاله این ایده را به چالش می کشد.”
تعریف سیستم متیلاسیون
دکتر همی و پروفسور ویلکینز به طور سیستماتیک تمام ادبیات موجود در مورد فرآیند متیلاسیون در مخمر را تجزیه و تحلیل کردند. پروفسور ویلکینز می‌گوید: «ما راهی برای فهرست‌بندی شواهد موافق و مخالف یافتیم که «بیشتر» برای کشف در سیستم بیولوژیکی متیلاسیون وجود دارد.
در هر فرآیند متیلاسیون، بین دو پروتئین (آنزیم حامل گروه متیل و پروتئین متیله شده) که واحد هسته این سیستم را تشکیل می دهند، ارتباط وجود دارد. دکتر همی می‌گوید: «بنابراین اگر چیزهای بیشتری کشف می‌شد، اساساً تعاملی بین این دو پروتئین وجود خواهد داشت که ما از آن اطلاعی نداریم.»
“ما توانستیم از دانش این ارتباط برای فهرست‌بندی شواهد موجود استفاده کنیم و مشخص کنیم که آیا تعداد بیشتری از این ارتباطات ناشناخته باقی مانده‌اند یا خیر – و اگر چنین است، چه تعداد.”
از طریق این فرآیند سیستماتیک، آنها به این نتیجه رسیدند که متیلاسیون اساساً در مخمر ارگانیسم مدل کاملاً درک شده است.
کنترل رشد و رفتار سلولی
تعداد زیادی از این رویدادهای متیلاسیون برای کنترل پاسخ سلول به سیگنال های خارجی و همچنین سیگنال دهی در داخل سلول بسیار مهم هستند. این فرآیندهای سیگنال دهی برای کنترل وضعیت سلول – به ویژه ماشین آلات سازنده پروتئین ها – مهم هستند.
“در نتیجه بررسی سیستماتیک ما می توانیم بگوییم که به نظر می رسد این سیستم بیشتر در مورد کنترل روشی است که سلول پروتئین می سازد، که مرکزیت آن است.
دکتر همی می گوید: داشتن تصویری کامل از متیلاسیون، و نقش اساسی آن در سنتز پروتئین، راه های جدیدی را برای چگونگی کنترل جنبه های رشد و رفتار سلولی باز می کند.
ما کار خود را بر روی سلول مخمر متمرکز کردیم – که شباهت های زیادی به سلول انسانی دارد اما مطالعه آن ساده تر است – و یافته ها پیامدهای مستقیمی برای دستکاری مخمر در مواردی مانند دم کردن، پخت و سوخت های زیستی و همچنین چگونگی عفونت های قارچی و مخمری دارند. پروفسور ویلکینز می گوید: در بیمارانی مانند کاندیدیازیس و کچلی به طور بالقوه قابل درمان است.
دکتر همی می‌گوید: «علاوه بر این، اکنون که ما این نقشه کامل را داریم، می‌توانیم سؤالات سیستماتیک در مورد چرایی تکامل این سیستم و عملکرد آن در کنترل فرآیندهای بیولوژیکی مرکزی بپرسیم. اینها سوالاتی است که ما اکنون به آن می پردازیم.”
