27 مه 2021 توسط کالج پزشکی بیلور
در مقاله‌ای که در Science منتشر شد، زیست شناسان کالج پزشکی بیلور، انستیتوی سرطان هلند و دانشگاه رایس با مطالعه درخت زندگی از یک سیستم طبقه بندی جدید برای هسته سلول‌ها و کشف روشی برای تبدیل یک نوع هسته سلول به نوع دیگر رونمایی کردند. این تصویر نشان می‌دهد كه چراگاه الگوی تماس كروموزوم در هسته‌های مختلف حیوانات و گیاهان وجود دارد.
اعتبار: آدام فوتوس، اولگا دودچنکو، بنجامین رولند و ارز لیبرمن ایدن/کالج پزشکی بیلور
صد و پنجاه سال پیش، دیمیتری مندلیف جدول تناوبی را ایجاد کرد، سیستمی برای طبقه بندی اتم‌ها بر اساس خصوصیات هسته آنها. در این هفته، تیمی از زیست شناسان در حال مطالعه درخت زندگی از سیستم طبقه بندی جدیدی برای هسته سلول رونمایی کرده و روشی را برای انتقال یک نوع هسته سلول به نوع دیگر کشف کرده اند.
این مطالعه که این هفته در مجله Science منتشر شده، ناشی از چندین تلاش جداگانه است. یکی از این مراکز باغ وحش DNA بود، کنسرسیومی بین المللی که ده‌ها موسسه از جمله کالج پزشکی بیلور، مرکز فیزیک نظری بیولوژیک (CTBP) مورد حمایت بنیاد ملی علوم در دانشگاه رایس، دانشگاه استرالیای غربی و SeaWorld را پشتیبانی می‌کند.
دانشمندان تیم DNA Zoo با هم در تلاش بودند تا طبقه بندی کنند که چگونه کروموزوم ها که می توانند چندین متر طول داشته باشند تا می شوند تا درون هسته های گونه های مختلف در سراسر درخت زندگی قرار بگیرند.
دکتر اولگا دودچنکو، اولین نویسنده مطالعه جدید و عضو مرکز معماری ژنوم در بیلور و CTBP می‌باشد، می‌گوید:
«سرانجام، تیم متوجه شد که فقط در حال مشاهده انواع مختلف در دو طرح هسته ای است. دودچنکو، که همچنین مدیر مشترک باغ وحش DNA است، توضیح داد: در برخی از گونه‌ها، کروموزوم‌ها مانند صفحات یک روزنامه چاپی سازماندهی می‌شوند، در حاشیه بیرونی در یک طرف و وسط تا خورده در طرف دیگر قرار دارند و سپس در گونه های دیگر، هر کروموزوم به شکل یک گلوله کوچک مچاله می‌شود.»
دکتر ارز لیبرمن آیدن، دانشیار ژنتیک مولکولی و انسانی و دانشمند برجسته مک نایر در بایلور، مدیر مشترک باغ وحش DNA و نویسنده ارشد مطالعه جدید، گفت: «بنابراین ما یک معما داشتیم. داده‌ها حاکی از آن است که در طول تکامل، گونه‌ها می توانند از یک نوع به نوع دیگر به عقب و جلو بروند. ما تعجب کردیم؛ مکانیسم کنترل چیست؟ آیا ممکن است یک نوع هسته را به نوعی آزمایشگاه دیگر تغییر دهید؟» آیدن همچنین مدیر مرکز معماری ژنوم و یک محقق ارشد در CTBP است.
در همین حال، یک تیم مستقل در هلند چیزی غیر منتظره را کشف کرده بود. کلر Hoencamp، اولین نویسنده این مطالعه و عضو آزمایشگاه دکتر بنیامین رولند در هلند، گفت: «من در حال انجام آزمایشاتی بر روی پروتئینی به نام کندانسین II بودم که می دانستیم در تقسیم سلول ها نقش دارد. اما ما عجیب ترین چیز را مشاهده کردیم: هنگامی که ما پروتئین موجود در سلولهای انسانی را جهش می دهیم، کروموزوم ها کاملا مرتب می شوند. این گیج کننده بود!»
این دو تیم در یک کنفرانس در کوههای اتریش به هم رسیدند، جایی که رولند آخرین کارهای آزمایشگاه خود را ارائه داد. آنها خیلی زود فهمیدند که Hoencamp راهی برای تبدیل سلولهای انسانی از یک نوع هسته ای به نوع دیگر یافته است.
رولند گفت: «هنگامی که به ژنوم های مورد مطالعه در باغ وحش DNA نگاه کردیم، متوجه شدیم که تکامل آزمایش ما را چندین بار انجام داده است! هنگامی که جهش ها در یک گونه باعث شکستن کندانسین II می‌شوند، آنها معمولاً کل ساختار هسته را ورق می زنند، نویسنده ارشد مطالعه گفت: «این که همیشه در یک آزمایش حرکت می کنم کمی ناامید کننده است، اما تکامل شروعی بسیار طولانی داشت.»
تیم تصمیم گرفت با هم همکاری کنند تا نقش کندانسین II را تأیید کنند. اما پس از همه گیری COVID-19 رخ داد و تعطیل شدند.
هونکمپ گفت: «بدون دسترسی به آزمایشگاه های خود ، فقط یک راه برای تعیین کار کندانسین II باقی مانده بود. ما نیاز به ایجاد یک برنامه رایانه‌ای داشتیم که بتواند اثرات کندانسین II را بر روی زنجیره صدها میلیون حرف ژنتیکی که هر کروموزوم انسان را تشکیل می دهد شبیه سازی کند.»
دکتر خوزه اونوچیچ، که شامل همکارانی در رایس، بیلور، دانشگاه شمال شرقی و سایر موسسات در هوستون و بوستون است، گفت: شبیه سازیهای ما نشان داد که با از بین بردن کوندنسین II، می‌توانید یک هسته انسانی را دوباره سازماندهی کنید تا شبیه هسته مگس شود.
این شبیه سازی‌ها توسط تیمی در آزمایشگاه Onuchic در CTBP، به سرپرستی همکار فوق دکترا و نویسنده اصلی دکتر Sumitabha Brahmachari، با دکتر Vinicius Contessoto، فوق دکترای سابق CTBP و دکتر Michele Di Pierro، محقق و در حال حاضر یک دستیار ارشد CTBP انجام شد.
