أخبار | علماء الأحياء في جامعة بنسلفانيا يكشفون لأول مرة سباق تسلح جينيًا ثنائي الاتجاه بين الحمض النووي المتكرر والبروتينات الرابطة
في أعماق الشفرة الجينية، يدور صراع جزيئي لم يحظ باهتمام كافٍ. أفاد فريق من جامعة بنسلفانيا في دورية Current Biology بأول دليل تجريبي على أن تسلسلات جينومية متكررة تُسمى الحمض النووي الساتلي والبروتينات التي ترتبط بها تخوض سباق تسلح تطوريًا مستمرًا وثنائي الاتجاه. وتتحدى النتيجة الآراء التقليدية بشأن ما يُسمى بالحمض النووي غير الوظيفي، وقد تقدم تفسيرات جديدة لمشكلات صحية تشمل السرطان والعقم.
قادت الدراسة ميا ليفين، الأستاذة المساعدة في علم الأحياء بكلية الآداب والعلوم في جامعة بنسلفانيا، وكانت الباحثة ما بعد الدكتوراه كارا براند المؤلفة الأولى.
ليس حمضًا نوويًا غير وظيفي، بل مصدر خطر محتمل؟
لا يشفر الحمض النووي الساتلي البروتينات، ولطالما عُد ضوضاء جينومية أو بقايا تطورية. وأشارت ليفين إلى أن الأدلة المتزايدة تُظهر أن هذه التسلسلات المتكررة تؤدي أدوارًا مهمة في بنية الصبغيات وانقسام الخلايا وعمليات أساسية أخرى. وقد يؤدي فقدان تنظيمها إلى عواقب وخيمة، منها عدم الاستقرار الجينومي والسرطان والاضطرابات الإنجابية.
قالت ليفين: «عادة ما ننظر إلى الجينوم بوصفه نظامًا تعاونيًا يعمل كل جزء فيه على استدامة الحياة. لكن بعض العناصر أنانية؛ فهي لا تتعاون وقد تعطل النظام بأكمله.»
تجربة عابرة للأنواع تكشف ضررًا إنجابيًا بسبب عدم التوافق
لاختبار ما إذا كان الحمض النووي الساتلي والبروتينات الرابطة يوازنان بعضهما أثناء التطور، درس الفريق نوعين وثيقي الصلة من ذباب الفاكهة: Drosophila melanogaster وDrosophila simulans. يمتلك الأول تسلسلًا ساتليًا هائلًا يمتد على 11 مليون زوج قاعدي، بينما يفتقر الثاني إليه تمامًا.
باستخدام CRISPR/Cas9، نقل العلماء جين بروتين MH (Maternal Haploid) الرابط للحمض النووي الساتلي من Drosophila simulans إلى Drosophila melanogaster. وظل الذباب المعدل قادرًا على إنتاج بعض الأجنة، لكن مبايضه نمت بصورة ضعيفة، وانخفض إنتاج البويضات بشدة، وتراجعت الخصوبة كثيرًا. وعندما غاب جين MH تمامًا، تعذر على الذباب التكاثر وماتت الأجنة.
والأهم أنه عندما نُقل الجين إلى طفرة من Drosophila melanogaster تفتقر إلى تسلسل الحمض النووي الساتلي، اختفت جميع الآثار الضارة وعاد نمو المبيض إلى طبيعته. وأظهر ذلك أن المشكلة الأساسية كانت عدم توافق MH مع حمض نووي ساتلي غير مألوف.
تحديد الآلية الجزيئية: تعطيل مسار إصلاح الحمض النووي بالخطأ
درس الفريق بروتين Spartan، النظير البشري لبروتين MH. يحلل Spartan البروتينات التي تعيق حزم الحمض النووي، ولـMH دور مشابه. وعندما لم يتوافق MH مع الحمض النووي الساتلي في Drosophila melanogaster، ربما حلل بالخطأ إنزيم الإصلاح الأساسي توبويزوميراز الثاني (Top2)، مما سبب تلف الحمض النووي وخللًا إنجابيًا.
أعادت زيادة تعبير Top2 جينيًا الخصوبة، بينما أدى خفض Top2 إلى تفاقم الضرر. وأكد ذلك أن التفاعل بين MH والحمض النووي الساتلي يشمل مسارًا لإصلاح الحمض النووي.
قالت براند: «توجد آلية الإصلاح هذه من الخميرة إلى البشر، وهي محفوظة بدرجة كبيرة عبر التطور. ومع ذلك، لا تزال بروتيناتها تتطور بسرعة، مما يعني أن حتى الآليات الجزيئية الأساسية تتجدد باستمرار للحفاظ على وظيفتها الأساسية.»
آثار تتجاوز ذباب الفاكهة: قد يواجه الجينوم البشري صراعًا داخليًا مشابهًا
قالت ليفين: «هذه المنافسة التطورية ليست حكرًا على ذباب الفاكهة بالتأكيد. يحدث تطور سريع مماثل لدى البشر والرئيسيات. ونعتقد أن هذه الصراعات الجينية شديدة الأهمية لصحة الإنسان.»
ترتبط طفرات Spartan بالسرطان، بينما قد يؤدي اختلال تنظيم الحمض النووي الساتلي إلى أخطاء في انفصال الصبغيات واختلال الصيغة الصبغية للأجنة، مما يسبب الإجهاض والعقم. وأشارت ليفين إلى أن أسباب حالات إجهاض كثيرة لا تزال مجهولة، وأن الحمض النووي الساتلي مصدر غير مدروس بما يكفي لعدم الاستقرار الجينومي.
سيبحث الفريق لاحقًا ما إذا كانت مناطق جينومية أخرى تشارك في هذا الصراع الخفي، وسيحاول إعادة إنتاج آليات مماثلة في الثدييات.
مصدر القصة:
جُمعت من الإنترنت
تاريخ النشر 2025-05-27
أُعد هذا المقال بمساعدة الذكاء الاصطناعي وراجعه فريق التحرير قبل النشر.
أخبار | علماء الأحياء في جامعة بنسلفانيا يكشفون لأول مرة سباق تسلح جينيًا ثنائي الاتجاه بين الحمض النووي المتكرر والبروتينات الرابطة
أخبار | علماء الأحياء في جامعة بنسلفانيا يكشفون لأول مرة سباق تسلح جينيًا ثنائي الاتجاه بين الحمض النووي المتكرر والبروتينات الرابطة
في أعماق الشفرة الجينية، يدور صراع جزيئي لم يحظ باهتمام كافٍ. أفاد فريق من جامعة بنسلفانيا في دورية Current Biology بأول دليل تجريبي على أن تسلسلات جينومية متكررة تُسمى الحمض النووي الساتلي والبروتينات التي ترتبط بها تخوض سباق تسلح تطوريًا مستمرًا وثنائي الاتجاه. وتتحدى النتيجة الآراء التقليدية بشأن ما يُسمى بالحمض النووي غير الوظيفي، وقد تقدم تفسيرات جديدة لمشكلات صحية تشمل السرطان والعقم.
قادت الدراسة ميا ليفين، الأستاذة المساعدة في علم الأحياء بكلية الآداب والعلوم في جامعة بنسلفانيا، وكانت الباحثة ما بعد الدكتوراه كارا براند المؤلفة الأولى.
ليس حمضًا نوويًا غير وظيفي، بل مصدر خطر محتمل؟
لا يشفر الحمض النووي الساتلي البروتينات، ولطالما عُد ضوضاء جينومية أو بقايا تطورية. وأشارت ليفين إلى أن الأدلة المتزايدة تُظهر أن هذه التسلسلات المتكررة تؤدي أدوارًا مهمة في بنية الصبغيات وانقسام الخلايا وعمليات أساسية أخرى. وقد يؤدي فقدان تنظيمها إلى عواقب وخيمة، منها عدم الاستقرار الجينومي والسرطان والاضطرابات الإنجابية.
قالت ليفين: «عادة ما ننظر إلى الجينوم بوصفه نظامًا تعاونيًا يعمل كل جزء فيه على استدامة الحياة. لكن بعض العناصر أنانية؛ فهي لا تتعاون وقد تعطل النظام بأكمله.»
تجربة عابرة للأنواع تكشف ضررًا إنجابيًا بسبب عدم التوافق
لاختبار ما إذا كان الحمض النووي الساتلي والبروتينات الرابطة يوازنان بعضهما أثناء التطور، درس الفريق نوعين وثيقي الصلة من ذباب الفاكهة: Drosophila melanogaster وDrosophila simulans. يمتلك الأول تسلسلًا ساتليًا هائلًا يمتد على 11 مليون زوج قاعدي، بينما يفتقر الثاني إليه تمامًا.
باستخدام CRISPR/Cas9، نقل العلماء جين بروتين MH (Maternal Haploid) الرابط للحمض النووي الساتلي من Drosophila simulans إلى Drosophila melanogaster. وظل الذباب المعدل قادرًا على إنتاج بعض الأجنة، لكن مبايضه نمت بصورة ضعيفة، وانخفض إنتاج البويضات بشدة، وتراجعت الخصوبة كثيرًا. وعندما غاب جين MH تمامًا، تعذر على الذباب التكاثر وماتت الأجنة.
والأهم أنه عندما نُقل الجين إلى طفرة من Drosophila melanogaster تفتقر إلى تسلسل الحمض النووي الساتلي، اختفت جميع الآثار الضارة وعاد نمو المبيض إلى طبيعته. وأظهر ذلك أن المشكلة الأساسية كانت عدم توافق MH مع حمض نووي ساتلي غير مألوف.
تحديد الآلية الجزيئية: تعطيل مسار إصلاح الحمض النووي بالخطأ
درس الفريق بروتين Spartan، النظير البشري لبروتين MH. يحلل Spartan البروتينات التي تعيق حزم الحمض النووي، ولـMH دور مشابه. وعندما لم يتوافق MH مع الحمض النووي الساتلي في Drosophila melanogaster، ربما حلل بالخطأ إنزيم الإصلاح الأساسي توبويزوميراز الثاني (Top2)، مما سبب تلف الحمض النووي وخللًا إنجابيًا.
أعادت زيادة تعبير Top2 جينيًا الخصوبة، بينما أدى خفض Top2 إلى تفاقم الضرر. وأكد ذلك أن التفاعل بين MH والحمض النووي الساتلي يشمل مسارًا لإصلاح الحمض النووي.
قالت براند: «توجد آلية الإصلاح هذه من الخميرة إلى البشر، وهي محفوظة بدرجة كبيرة عبر التطور. ومع ذلك، لا تزال بروتيناتها تتطور بسرعة، مما يعني أن حتى الآليات الجزيئية الأساسية تتجدد باستمرار للحفاظ على وظيفتها الأساسية.»
آثار تتجاوز ذباب الفاكهة: قد يواجه الجينوم البشري صراعًا داخليًا مشابهًا
قالت ليفين: «هذه المنافسة التطورية ليست حكرًا على ذباب الفاكهة بالتأكيد. يحدث تطور سريع مماثل لدى البشر والرئيسيات. ونعتقد أن هذه الصراعات الجينية شديدة الأهمية لصحة الإنسان.»
ترتبط طفرات Spartan بالسرطان، بينما قد يؤدي اختلال تنظيم الحمض النووي الساتلي إلى أخطاء في انفصال الصبغيات واختلال الصيغة الصبغية للأجنة، مما يسبب الإجهاض والعقم. وأشارت ليفين إلى أن أسباب حالات إجهاض كثيرة لا تزال مجهولة، وأن الحمض النووي الساتلي مصدر غير مدروس بما يكفي لعدم الاستقرار الجينومي.
سيبحث الفريق لاحقًا ما إذا كانت مناطق جينومية أخرى تشارك في هذا الصراع الخفي، وسيحاول إعادة إنتاج آليات مماثلة في الثدييات.
مصدر القصة:
جُمعت من الإنترنت