ข่าว | การค้นพบใหม่ทางวิทยาศาสตร์: ทรานสโพซอนส่งผลต่อพัฒนาการระยะแรกของมนุษย์อย่างไร

ข่าว | การค้นพบใหม่ทางวิทยาศาสตร์: ทรานสโพซอนส่งผลต่อพัฒนาการระยะแรกของมนุษย์อย่างไร

งานวิจัยใหม่พบว่า ช่วงเปลี่ยนผ่านสำคัญในพัฒนาการระยะแรกของมนุษย์ไม่ได้ควบคุมโดยยีนของเราเอง แต่โดยองค์ประกอบ DNA ที่เรียกว่าทรานสโพซอน งานวิจัยจากนักวิจัยของ Sinai Health นี้ท้าทายมุมมองเดิมต่อชิ้นส่วน DNA อันลึกลับ และเผยบทบาทสำคัญต่อพัฒนาการและโรคของมนุษย์

"ผู้คนมักมองว่าทรานสโพซอนเป็นปรสิตคล้ายไวรัสที่ยึดเซลล์ของเราเพื่อเพิ่มจำนวนตัวเอง" นพ. Miguel Ramalho-Santos ผู้ร่วมเขียนอาวุโสและนักวิจัยอาวุโสแห่ง Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute กล่าว "แต่งานวิจัยของเราพบว่าองค์ประกอบเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงปรสิตในจีโนม แต่จำเป็นต่อพัฒนาการระยะแรก"

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Developmental Cell แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบเคลื่อนย้ายได้มีบทบาทสำคัญในการทำให้เซลล์ตัวอ่อนมนุษย์ดำเนินผ่านพัฒนาการระยะแรกตามปกติ แทนที่จะย้อนกลับสู่ระยะก่อนหน้า นักวิจัยมุ่งศึกษา LINE-1 หรือ long interspersed nuclear element-1 องค์ประกอบเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบร่วมกับยีนซึ่งมีสัดส่วนน้อยกว่า 2% ของจีโนม โดยองค์ประกอบ LINE-1 คิดเป็น 20% ของสารพันธุกรรมในเซลล์ บางส่วนเพิ่มจำนวนตัวเอง เคลื่อนที่ในจีโนม และแทรกเข้าไปยังตำแหน่งใหม่ได้ จึงถูกเรียกว่า "DNA เห็นแก่ตัว"

นักวิทยาศาสตร์มององค์ประกอบเหล่านี้มานานว่าเป็นอันตรายเป็นส่วนใหญ่ เพราะอาจรบกวนจีโนมและก่อโรค เช่น ฮีโมฟีเลีย โรคทางระบบประสาท และมะเร็ง

นพ. Juan Zhang นักวิจัยหลังปริญญาเอกและผู้ร่วมเขียนอาวุโสอีกคน เริ่มสนใจข้อความ RNA ของ LINE-1 ที่มีอยู่มากในตัวอ่อนระยะแรก ข้อความ RNA ถอดรหัสมาจากส่วนที่ทำงานอยู่ของจีโนม จึงบ่งชี้ว่าองค์ประกอบ LINE-1 ทำงานในช่วงต้นที่สำคัญนี้

"หากทรานสโพซอนเป็นอันตราย เหตุใดจึงทำงานในตัวอ่อนระยะแรก นี่คือตัวอ่อนที่เพิ่งเริ่มก่อตัว การแทรกตัวที่เป็นอันตรายใด ๆ ย่อมแพร่ต่อไปตลอดพัฒนาการของบุคคลนั้น" นพ. Zhang กล่าว

เมื่อยับยั้งการแสดงออกของ LINE-1 ในเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อนมนุษย์ที่เพาะเลี้ยง (ESCs) เซลล์จะย้อนกลับสู่ระยะแปดเซลล์ที่ดั้งเดิมกว่า ในระยะนั้น เซลล์โททิโพเทนต์ที่เหมือนกันทั้งแปดเซลล์สามารถพัฒนาเป็นทั้งตัวอ่อนและรก หลังพ้นระยะนี้ ESCs ยังสร้างเซลล์ทุกชนิดของทารกในครรภ์ได้ แต่จะค่อย ๆ สูญเสียความสามารถในการเป็นส่วนหนึ่งของรก

การทดลองเพิ่มเติมแสดงว่าโมเลกุล RNA ของ LINE-1 เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นโครงค้ำที่จัดระเบียบ DNA ภายในพื้นที่สามมิติของนิวเคลียสเซลล์ โดยช่วยเคลื่อนโครโมโซม 19 ซึ่งมียีนสำคัญ ไปยังบริเวณยับยั้งการทำงานของยีน ทำให้ตัวอ่อนพัฒนาไปสู่ระยะถัดไปได้อย่างราบรื่น

"งานวิจัยของเราแสดงว่า LINE-1 ควบคุมการแสดงออกของยีนในช่วงเปลี่ยนผ่านสำคัญ เมื่อตัวอ่อนเริ่มกำหนดหน้าที่เฉพาะให้เซลล์ ผลลัพธ์ชี้ว่านี่ไม่ใช่เหตุบังเอิญ แต่เป็นกลไกวิวัฒนาการที่สำคัญ" นพ. Zhang กล่าว

น่าประหลาดใจที่บทบาทใหม่นี้ตรงข้ามกับพฤติกรรมตามปกติของ LINE-1 แทนที่จะกระโดดไปยังตำแหน่งใหม่ในจีโนมและอาจก่อการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตราย องค์ประกอบ LINE-1 กลับส่งเสริมพัฒนาการโดยเฉพาะในบริบทสำคัญนี้ สะท้อนความสำคัญต่อการเจริญเติบโตระยะแรกของมนุษย์

งานวิจัยพื้นฐานนี้มีนัยสำคัญต่อการรักษาภาวะมีบุตรยากและการใช้เซลล์ต้นกำเนิดในเวชศาสตร์ฟื้นฟู อีกทั้งเผยบทบาทใหม่ของ LINE-1 ที่สามารถศึกษาต่อในโรคซึ่งเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบเหล่านี้ รวมถึงโรคทางระบบประสาทและมะเร็ง

นพ. Anne-Claude Gingras ผู้อำนวยการ Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute และรองประธานฝ่ายวิจัยกล่าวว่า "งานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่าเรายังต้องเรียนรู้อีกมากเกี่ยวกับพัฒนาการของมนุษย์และองค์ประกอบจีโนมอันลึกลับเหล่านี้ ฉันขอแสดงความยินดีกับเพื่อนร่วมงานที่บุกเบิกแนวทางใหม่ด้วยการค้นพบสำคัญนี้ และเฝ้ารอว่าการวิจัยต่อเนื่องจะเผยอะไรอีก"

งานวิจัยนี้ได้รับทุนจาก Canadian Institutes of Health Research, Great Gulf Homes Charitable Foundation และโครงการ Medicine by Design ของ University of Toronto

แหล่งที่มาของเรื่อง:

รวบรวมจากออนไลน์