چرا انسان‌ها ژنهاى اندکى دارند؟
وقتى زیست‌شناسان پیشگام توالى ژنوم انسان را در سال‌هاى پایانى دهه‌ى 1990 میلادى مشخص مى‌کردند، تعداد ژنهاى گنجانده شده در 3 میلیارد جفت باز سازنده‌ى DNA را برآورد کردند، چند برآورد به هم نزدیک بودند. بیش از یک دهه پذیرفته شده بود که ما حدود 100 هزار ژن نیاز داریم تا هزاران فرایند سلولى را به انجام برسانند که ما را زنده نگه مى‌دارند. با وجود این، مشخص شد که ما فقط حدود 25 هزار ژن داریم، یعنى به همان اندازه که یک گیاه گلدار بسیار کوچک به نام آرابیدوپسیس(Arabidopsis) دارد و اندکى بیش‌تر از کرمى به نام کنورابدیتیس الگانس(Caenorhabditis elegans).
این شگفت‌زدگى باعث بحث‌هاى نقادانه‌ى در حال رشدى در میان ژنتیکدانان شد: ژنوم ما و پستانداران دیگر انعصاف‌پذیرتر و پیچیده‌تر از آن چیزى است که تا کنون به نظر مى‌رسید. تصور قدیمى یک ژن/ یک پروتیین کنار گذاشته شده است: اکنون مشخص شده است که ژنهاى زیادى مى‌توانند بیش از یک پروتیین تولید کنند. پروتیین‌هاى تنظیمى، RNA، و بخش‌هاى نارمز دهنده‌ى DNA و حتى تغییرهاى شیمیایى و ساختارى خود ژنوم، تعیین مى‌کنند که ژن‌ها چگونه، کجا و چه زمانى بیان شوند. مشخص کردن این که همه‌ى این عامل‌ها چگونه با هم کار مى‌کنند تا چگونگى بیان ژن را پى‌ریزى کنند، یکى از چالش‌هاى اصلى پیش‌روى زیست‌شناسان است.
در چنن سال گذشته، روشن شد پدیده‌اى به نام پیرایش جایگزین(alternative splicing) یکى از علت‌هایى است که ژنوم انسان مى‌تواند با تعداد اندکى ژن، چنین پیچیدگى را به وجود آورد. ژنهاى انسان هم DNA رمزدهنده(به نام اگزون) و هم DNA نارمزدهنده(به نام اینترون) دارد. در برخى ژن‌ها، ترکیب متفاوتى از اگزون‌ها مى‌تواند در زمان‌هاى مختلف فعال شود و از هر ترکیب، پروتیین متفاوتى به دست آید.
پیرایش جایگزین از مدت‌ها پیش به عنوان یک سکسکه‌ى نادر طى رونویسى از ژن در نظر گرفته مى‌شد، اما پژوهشگران به این نتیجه رسیده‌اند که دست کم در نیمى از ژنهاى ما رخ مى‌دهد؛ البته، برخى ژنتیکدانان از همه‌ى ژنهاى ما یاد مى‌کنند! این یافته گام بلندى به سوى توضیح این حقیقت بود که چگونه تعدادى ژن، صدها و هزاران پروتیین مختلف تولید مى‌کنند. اما ماشین رونویسى چگونه تصمیم مى‌گیرد کدام بخش‌هاى ژن در زمانى خاص خوانده شوند، هنوز یک راز است.
چنین چیزى را درباره‌ى سازوکارهایى که تعیین مى‌کنند کدام ژن‌ها یا دسته‌اى از ژن‌ها در زمان و مکان خاص روشن یا خاموش مى‌شوند، نیز باید گفت. پژوهشگران کشف کرده‌اند که هر ژن براى این که کارش را انجام دهد به بازیگران پشتیبانى نیاز دارد و گاهى تعداد این بازیگران به صدها مى‌رسد. این‌ها شاما پروتیین‌هایى هستند که ژن‌ها را خاموش و فعال مى‌کنند؛ براى مثال، با افزودن گروه‌هاى استیل یا متیل به DNA. پروتیین‌هاى دیگر، که عامل‌هاى رونویسى نامیده مى‌شوند، به طور مستقیم‌ترى با ژن‌ها برهم‌کنش دارند: آن‌ها به جایگاه‌هاى خاصى، نزدیک ژنى که زیر فرمان آن‌ها است، متصل مى‌شوند. مانند پیرایش جایگزین، فعال شدن ترکیب‌هاى مختلفى از جایگاه‌هاى اتصال، تنظیم ظریف بیان ژن را امکان‌پذیر مى‌سازد، اما هنوز پژوهشگران باید به دقت مشخص کنند که چگونه همه‌ى این عامل‌هاى تنظیمى با هم کار مى‌کنند و چگونه با پیرایش جایگزین هماهنگ مى‌شوند.
در دهه‌ى گذشته یا اندکى بیش‌تر، پژوهشگران نقش کلیدى پروتیین‌هاى کروماتین و RNA را در تنظیم بیان ژن پذیرفتند. پروتیین‌هاى کروماتیین در اصل به بسته‌بندى DNA و حفظ شکل مارپیچى آن کمک مى‌کنند. با تغییر اندکى در شکل کروماتین، ممکن است ژنهاى مختلف در معرض ماشین رونویسى قرار گیرند.
ژن‌ها به میزان RNA نیز حساس هستند. مولکول‌هاى کوچکى از RNA، که بسیارى از آن‌ها کم‌تر از 30 باز دارند، اکنون به عنوان تنظیم‌کننده ژن در کانون توجه قرار گرفته‌اند. پژوهشگران زیادى، که در 5 سال گذشته روى RNA پیک و دیگر مولکول‌هاى به نسبت بزرگ RNA کار مى‌کردند، اکنون به مطالعه‌ى این خویشاوندان کوچک‌تر آن‌ها، از جمله میکرو RNA و RNA هسته‌اى کوچک، روى آورده‌اند. شگفت‌آور است که این مولکول‌هاى کوچک، ژن‌ها را خاموش مى‌کنند و بنابراین بیان ژن را تغییر مى‌دهند. آن‌ها در تمایز سلولى، که طى رشد و نو جانداران رخ مى‌دهد، نیز نقش کلیدى دارند، اما چگونگى کارکرد آن‌ها هنوز به درستى مشخص نیست.
پژوهشگران گام‌هاى زیادى براى روشن کردن این سازوکارهاى گوناگون تنظیم فعالیت ژن‌ها برداشته‌اند. ژنوم‌شناسان با مقایسه‌ى ژنوم جانداران شاخه‌هاى مختلف درخت تکاملى تلاش مى‌کنند جایگاه بخش‌هاى تنظیمى را مشخص کنند و سرنخ‌هایى براى چگونگى تکامل سازوکارهایى مانند پیرایش جایگزین پیدا کنند. در عوض، این پژوهش‌ها راه را براى شناخت چگونگى کار این بخش‌هاى تنظیمى روشن خواهند کرد. آزمایش‌هایى روى موش‌ها، مانند افزودن یا حذف بخش‌هاى تنظیمى و دست‌کارى RNA، و مدل‌سازى رایانه‌اى مى‌تواند در این راه به ما کمک کند. اما پرسش اساسى که به احتمال زیاد تا مدتى دراز بدون پاسخ خواهند ماند این است: چگونه همه‌ى این ویژگى‌ها با هم در یک قالب ریخته شده‌اند تا جاندارى مانند ما را بسازند.
- لینک منبع
تاریخ: شنبه , 14 مهر 1397 (10:22)
- گزارش تخلف مطلب