سلولهای انسانی سیستمی درونی دارند که پیامهای ژنتیکی ضعیفتر را فیلتر کرده و بهطور انتخابی خاموش میکند. این یافته که حاصل تحقیق پژوهشگران دانشگاه کیوتو و موسسه RIKEN است، لایهای کاملاً جدید از کنترل روی DNA را آشکار میکند.
رمزگان DNA: چیزی فراتر از افزونگی ساده
DNA انسان از توالیهایی از واحدهای سهحرفی به نام کدون ساخته شده است. هر کدون به سلول میگوید کدام اسیدآمینه را برای ساخت پروتئین استفاده کند. اگرچه کدونهای مختلف میتوانند برای یک اسیدآمینه واحد کد کنند، اما این کدونهای «مترادف» همارز نیستند. برخی از آنها مولکول mRNA را پایدارتر و ترجمهپذیرتر میکنند، در حالی که برخی دیگر که «غیربهینه» نامیده میشوند، ترجمهای ضعیف دارند و سریعتر تجزیه میشوند.
تا پیش از این، دانشمندان نمیدانستند که سلولهای انسانی چگونه این کدونهای کمکارآمد را شناسایی و به آنها واکنش نشان میدهند. اما تحقیق جدید این معما را حل کرده است.
سیستم «کنترل کیفیت» درون سلولی
تیمی به رهبری اوسامو تاکئوچی و تاکوهیرو ایتو از دانشگاه کیوتو و RIKEN با استفاده از غربالگری CRISPR در سراسر ژنوم، به جستجوی عوامل مؤثر در بیان ژن وابسته به کدون پرداختند. این روش به پروتئینی به نام DHX29 اشاره کرد که نقش یک بازیگر کلیدی را ایفا میکند.
آزمایشهای توالییابی RNA نشان داد که در غیاب DHX29، مقدار mRNAهای حاوی کدونهای غیربهینه بهشدت افزایش مییابد. یعنی این پروتئین بهطور مستقیم پیامهای ژنتیکی ناکارآمد را سرکوب میکند.
مکانیسم دقیق تشخیص و سرکوب
محققان با استفاده از میکروسکوپ کرایو-الکترونی توانستند نحوه تعامل DHX29 با ریبوزوم 80S را مشاهده کنند. مشاهدات دقیقتر با پروفایلسازی ریبوزومی نشان داد که DHX29 تمایل دارد با ریبوزومهایی که مشغول خواندن کدونهای غیربهینه هستند، پیوند برقرار کند.
مطالعات پروتئومیک فاش کرد که DHX29 یک کمپلکس پروتئینی به نام GIGYF2•4EHP را جذب میکند. این کمپلکس بهطور انتخابی mRNAهای حاوی کدونهای غیربهینه را سرکوب کرده و تولید پروتئینهای ناشی از آنها را کاهش میدهد.
«این یافتهها یک ارتباط مستقیم مولکولی بین انتخاب کدون مترادف و کنترل بیان ژن در سلولهای انسانی را آشکار میسازد»، میگوید ماسانوری یوشیناگا، یکی از نویسندگان مسئول مطالعه.
پیامدهای گسترده برای زیستشناسی و پزشکی
این کشف نشان میدهد که انتخاب کدون بهتنهایی میتواند یک مکانیسم تنظیمی قدرتمند باشد. مکانیسم هدایتشده توسط DHX29 بر فرایندهای حیاتی مانند تمایز سلولی، هموستاز و حتی توسعه سرطان تأثیر میگذارد.
تیم تحقیقاتی قصد دارد به بررسی نقش DHX29 در سلامت و بیماری ادامه دهد. تاکئوچی میگوید: «ما مدتهاست مجذوب این بودهایم که سلولها چگونه لایه پنهان اطلاعات درون کد ژنتیکی را تفسیر میکنند. کشف عامل مولکولیای که به سلولهای انسانی اجازه میدهد این رمز دوم را بخوانند، بسیار رضایتبخش است.»
این پژوهش در مجله Cell منتشر شده و گامی مهم در درک پیچیدگیهای تنظیم ژن به شمار میرود.
