حل معمای ژنتیکی درباره منشا اینترون ها

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، یکی از قدیمی ترین و اساسی ترین اسرار زیست شناسی، ریشه ناشناخته اینترون ها است. اینترون ها بخش هایی از DNA غیرکد کننده هستند که باید قبل از ترجمه در فرآیند ساخت پروتئین از کد ژنتیکی، حذف شوند. اینترون ها یک ویژگی باستانی هستند که در تمام زندگی یوکاریوتی یافت می شوند، طیف گسترده ای از موجودات که همه حیوانات، گیاهان، قارج ها و پروتیست ها را در بر می گیرند، اما در ژنوم های پروکاریوتی مانند ژنوم باکتری ها وجود ندارند. تنوع زیادی در تعداد اینترون های موجود در ژنوم گونه های مختلف، حتی بین گونه های نزدیک به هم وجود دارد.

اکنون، مطالعه جدیدی که توسط دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز انجام شده به اینترونرها، یکی از چندین مکانیسم پیشنهادی برای ایجاد اینترون ها که در سال 2009 کشف شد، اشاره می کند. محققان بر این باورند که اینترونرها تنها توضیح محتمل برای رویدادهای انفجار اینترون هستند که در آن هزاران اینترون ظاهراً به یکباره در ژنوم ظاهر می شوند و شواهدی از این موضوع را در گونه های موجود در درخت حیات پیدا می کنند.

اینترون ها مهم هستند زیرا امکان اتصال جایگزین را فراهم می کنند، که به نوبه خود به یک ژن اجازه می دهد تا برای رونوشت های متعدد کدنویسی کند و بنابراین چندین عملکرد سلولی پیچیده را انجام می دهد. اینترون ها همچنین می توانند بر بیان ژن تأثیر بگذارند، سرعتی که ژن ها برای ساخت پروتئین ها و سایر RNA های غیر کدکننده فعال می شوند. اینترون ها در نهایت یک اثر خنثی تا اندکی منفی روی گونه هایی دارند که در آن وجود دارند، زیرا وقتی پیوند اینترون ها به درستی انجام نشود، ژنی که در آن زندگی می کنند ممکن است آسیب ببیند و حتی بمیرد. چنین مواردی از اتصال از دست رفته علت برخی از سرطان ها هستند.

اینترونرها به عنوان انگل ژنومی

در اکوسیستم ژنوم، اینترونرها را می توان به عنوان یک انگل با هدف بقا و تکثیر خود در نظر گرفت. هنگامی که یک اینترونر وارد ارگانیسم جدیدی می شود، آن میزبان جدید هرگز آن عنصر را قبلاً ندیده است و هیچ راهی برای دفاع از خود ندارد و به آن اجازه می دهد در یک گونه جدید تکثیر شود.

لاندن گزشتی، اولین نویسنده مقاله که روش های تجزیه و تحلیل این مطالعه را در مقطع کارشناسی در UCSC توسعه داد و اکنون دانشجوی کارشناسی ارشد در هاروارد است، گفت: "همه چیز در تکامل یک تضاد است و این عناصر، قطعات خودخواهانه DNA هستند.". آنها فقط می خواهند تکرار کنند و تنها دلیلی که نمی خواهند میزبان خود را بکشند این است که آنها را می کشد."

با جدا شدن از توالی DNA قبل از اینکه ترجمه ژن به پروتئین اتفاق بیفتد، اینترونرها راهی را پیدا کردند که تأثیر کمتری بر تناسب ژن میزبان داشته باشد و به آنها اجازه دهد تا در طول نسل های تکامل گونه میزبان تداوم داشته باشند. محققان دریافتند که به نظر می رسد اینترون های مشتق شده از اینترونرها بهتر از انواع دیگر اینترون ها به هم متصل می شوند تا اثرات منفی آن ها بر ژن را محدود کنند تا هم اینترونر و هم میزبان بهتر بتوانند زنده بمانند.

درک چگونگی پیچیدگی تکامل

این مطالعه چالشی را برای یکی از نظریه های فراگیر تکامل ژنوم در مورد اینکه چه چیزی باعث پیچیدگی ژنومی در یوکاریوت ها می شود، ارائه می کند. این تئوری همچنین بیان می کند که در نقطه ای از تکامل، بسیاری از گونه ها دارای اندازه های جمعیت مؤثر کم بودند، به این معنی که تعداد کمی از موجودات در یک گونه، فرزندانی برای ایجاد نسل بعدی خود تولید می کردند. این باعث شد تا عناصر شناخته شده با اثرات منفی اندکی بر روی جمعیت در ژنوم جمع شوند.

اما این تحقیق به پیچیدگی ناشی از سازگاری ایجاد شده توسط خود ژنوم اشاره نمی کند، بلکه به عنوان پاسخی به تعارض ناشی از عنصر قابل انتقال مهاجم، یعنی اینترونر، در حالی که تلاش می کند تکثیر شود. همانطور که اینترونرها و سایر عناصر برای بقا و تداوم تلاش می کنند، این تضاد پیچیدگی ژنوم را به همراه دارد.

اینترونرها و بیان ژن

اثرات خنثی تا منفی اینترون ها نیز با تأثیر آنها بر بیان ژن مشهود است. وقتی ژن ها را با اینترونرهای وارد شده در آن ها با ژن های بدون آن مقایسه می کنیم، آن هایی که دارای اینترونر هستند، سطح بیان کلی پایین تری داشتند، به این معنی که برای انجام عملکردهای بدن کمتر روشن می شوند.

محققان بر این باورند که اینترونرها لزوماً مستقیماً این بیان کمتر را ایجاد نمی کنند، اما ژن هایی که کمتر بیان می شوند تحمل بیشتری نسبت به عنصری دارند که ممکن است بر آنها تأثیر منفی بگذارد زیرا برای بقای گونه اهمیت کمتری دارند. در همین حال، ژن هایی که به شدت بیان می شوند و ممکن است برای عملکردهای کلیدی در بدن اثر کنند، احتمالاً نمی توانند معرفی اینترون های جدید را تحمل کنند که می تواند باعث شود آنها وظایف خود را به طور مؤثر انجام دهند.

تحقیقات در حال انجام کوربت-دتیگ در مورد این موضوع همچنین شامل بررسی شواهد مستقیم از چگونگی تأثیر ظاهر اینترون ها در ژنوم بر افراد درون یک گونه است. او چندین گونه را شناسایی کرده است که در حال تجربه انفجار اینترون هستند و به بررسی تأثیر اینترونرها بر روی DNA و RNA سلول می پردازد و این که چگونه بر آمادگی تکاملی گونه تأثیر می گذارد.