جلوگیری از توقف رشد جنین با فعال سازی ژنوم زیگوت

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، کار جدید دانشمندان در ایالات متحده و چین نشان می دهد که چگونه یک سلول تخمک بارور شده یا زیگوت به (تنظیم مجدد) می رسد تا جنین تازه تشکیل شده بتواند طبق برنامه ژنتیکی خود رشد کند. این مطالعه در 17 جولای در Nature منتشر شد.

ریچارد شولتز، استاد پژوهشی در دانشکده دامپزشکی دانشگاه کالیفرنیا، دانشکده دامپزشکی دیویس و نویسنده مرتبط در این مقاله، گفت: مدتی است که مشخص شده است که ژنوم یک سلول تخمک تازه بارور شده غیرفعال است و باید بیدار شود. این مرحله فعال سازی ژنوم زیگوت نامیده می شود.

برای اینکه فرآیند تنظیم مجدد یا بیداری رخ دهد، جنین باید شروع به رونویسی ژن هایی از DNA خود به RNA پیام رسان کند که به نوبه خود به پروتئین ها ترجمه می شوند. اولین ژن هایی که رونویسی می شوند، ژن های دیگر را فعال می کنند و برنامه ای را اجرا می کنند که به جنین اجازه می دهد به یک موش کامل (یا انسان) تبدیل شود. هویت اولین ژن های اصلی تنظیم کننده تاکنون ناشناخته بوده است.

RNA پلیمراز II (Pol II) آنزیمی است که DNA را به RNA رونویسی می کند. شولتز گفت، اما Pol II به خودی خود یک آنزیم گنگ است. ژن های دیگری که فاکتورهای رونویسی نامیده می شوند، برای آموزش Pol II مورد نیاز هستند تا ژن های (درست) را در زمان مناسب رونویسی کند.

در اوایل دهه 2000، شولتز این بینش را داشت که اولین فاکتورهای رونویسی در میان RNA های پیام رسان مادر در سلول تخمک یافت می شوند. RNA های پیام رسان مادری خفته منحصر به تخمک هستند زیرا RNA پیام رسان تازه سنتز شده آنطور که در سلول های سوماتیک وجود دارد ترجمه نمی شود.

همانطور که اووسیت بالغ می شود و تبدیل به تخمک می شود، این RNA های پیام رسان مادری خفته به پروتئین ترجمه می شوند و سپس عملکرد خود را انجام می دهند. شولتز متوجه شد که اطلاعات برای شروع فعال سازی ژنوم زیگوت در یک RNA پیام رسان غیرفعال از مادر است که فاکتور اصلی رونویسی را رمزگذاری می کند.

آزمایشگاه شولتز که در دانشگاه پنسیلوانیا با پائولا استاین (یکی از اعضای ارشد آزمایشگاه او و اکنون در مؤسسه ملی علوم بهداشت محیطی کار می کند)، خانواده بزرگی از ژن ها به نام OBOX را به عنوان کاندیدای احتمالی شناسایی کرد. این خانواده از 8 ژن OBOX1-8 تشکیل شده است. بر اساس نمایه های بیان آنها در طول توسعه اولیه، OBOX1، 2، 3، 4، 5، و 7 نامزدهای احتمالی بودند. محققان شروع به همکاری با وی شی در دانشگاه Tsinghua، پکن برای محدود کردن نامزدها کردند.

تیم Xie با کار با موش های آزمایشگاهی توانست همه نامزدهای احتمالی را از بین ببرد و سپس به طور سیستماتیک ژن های OBOX را بازیابی کند تا مشخص شود کدام یک برای فعال سازی ژنوم زیگوت حیاتی است. بدون این ژن ها، رشد جنین در مرحله دو تا چهار سلولی متوقف می شود.

جالب ترین و غیرقابل انتظارترین، این بود که عملکرد این ژن های OBOX بسیار زائد بود: حذف یکی از آنها می توانست با دیگری جایگزین شود. شولتز گفت که این افزونگی به احتمال زیاد تکامل یافته است زیرا انتقال بسیار مهم است. علاوه بر این، محققان دریافتند که ژن های OBOX با تسهیل مکان یابی Pol II در ژن های صحیح برای شروع فعال سازی ژنوم زیگوت عمل می کنند.

در موش ها، فعال شدن ژنوم در مرحله دو سلولی اتفاق می افتد. در جنین انسان، بعداً اتفاق می افتد، زمانی که جنین چندین دور تقسیم را طی کرده و هشت سلول را تشکیل می دهد. یک سوال باز این است که چقدر این فرآیند در بین گونه ها حفظ شده است، یعنی آیا ژن های OBOX مانند در فعال سازی ژنوم در انسان نقش دارند. این کار همچنین پیامدهایی برای درک چگونگی برنامه ریزی مجدد سلول های بنیادی جنینی دارد تا بتوانند به هر بافتی از بدن تبدیل شوند.