ข่าว | นักชีววิทยาจาก Penn เปิดเผยการแข่งขันทางวิวัฒนาการแบบสองทางระหว่างดีเอ็นเอซ้ำกับโปรตีนที่จับดีเอ็นเอเป็นครั้งแรก
ลึกลงไปในรหัสพันธุกรรมกำลังเกิดความขัดแย้งระดับโมเลกุลที่ถูกมองข้ามมาโดยตลอด ทีมมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียรายงานใน Current Biology ถึงหลักฐานการทดลองครั้งแรกว่า ลำดับจีโนมซ้ำที่เรียกว่าดีเอ็นเอดาวเทียมกับโปรตีนที่จับลำดับเหล่านี้กำลังแข่งขันทางวิวัฒนาการแบบสองทางอย่างต่อเนื่อง การค้นพบนี้ท้าทายมุมมองดั้งเดิมเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่าดีเอ็นเอขยะ และอาจช่วยอธิบายปัญหาสุขภาพ เช่น มะเร็งและภาวะมีบุตรยากในมุมใหม่
งานวิจัยนำโดย Mia Levine ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาใน School of Arts & Sciences ของ Penn โดยมีนักวิจัยหลังปริญญาเอก Cara Brand เป็นผู้เขียนคนแรก
ไม่ใช่ดีเอ็นเอขยะ แต่อาจเป็นต้นตอของอันตราย?
ดีเอ็นเอดาวเทียมไม่ได้เข้ารหัสโปรตีนและถูกมองมานานว่าเป็นสัญญาณรบกวนในจีโนมหรือเศษหลงเหลือจากวิวัฒนาการ Levine ระบุว่าหลักฐานที่เพิ่มขึ้นแสดงให้เห็นว่าลำดับซ้ำเหล่านี้มีบทบาทสำคัญต่อโครงสร้างโครโมโซม การแบ่งเซลล์ และกระบวนการจำเป็นอื่น ๆ หากสูญเสียการควบคุมอาจส่งผลร้ายแรง รวมถึงความไม่เสถียรของจีโนม มะเร็ง และความผิดปกติด้านการสืบพันธุ์
“โดยทั่วไปเรามองจีโนมเป็นระบบที่ร่วมมือกัน โดยทุกส่วนทำงานเพื่อค้ำจุนชีวิต แต่บางองค์ประกอบเห็นแก่ตัว ไม่ร่วมมือ และอาจรบกวนระบบทั้งหมดด้วยซ้ำ” Levine กล่าว
การทดลองข้ามสปีชีส์เผยความเสียหายต่อระบบสืบพันธุ์จากความไม่เข้าคู่กัน
เพื่อทดสอบว่าดีเอ็นเอดาวเทียมกับโปรตีนที่จับดีเอ็นเอถ่วงดุลกันระหว่างวิวัฒนาการหรือไม่ ทีมวิจัยศึกษาแมลงหวี่สองชนิดที่ใกล้ชิดกัน ได้แก่ Drosophila melanogaster และ Drosophila simulans ชนิดแรกมีลำดับดีเอ็นเอดาวเทียมขนาดมหึมาความยาว 11 ล้านคู่เบส ส่วนชนิดหลังไม่มีลำดับนี้เลย
นักวิทยาศาสตร์ใช้ CRISPR/Cas9 ถ่ายยีนของโปรตีนจับดีเอ็นเอดาวเทียม MH (Maternal Haploid) จาก Drosophila simulans ไปยัง Drosophila melanogaster แมลงหวี่ที่ดัดแปลงยังสร้างตัวอ่อนได้บางส่วน แต่รังไข่พัฒนาไม่ดี การผลิตไข่ลดลงอย่างมาก และความสามารถในการสืบพันธุ์ลดลงมาก เมื่อไม่มียีน MH เลย แมลงหวี่ไม่สามารถสืบพันธุ์และตัวอ่อนตาย
ประเด็นสำคัญคือ เมื่อถ่ายยีนใน Drosophila melanogaster กลายพันธุ์ที่ไม่มีลำดับดีเอ็นเอดาวเทียม ผลเสียทั้งหมดหายไปและรังไข่กลับมาพัฒนาตามปกติ แสดงว่าปัญหาหลักคือ MH ไม่เข้าคู่กับดีเอ็นเอดาวเทียมที่ไม่คุ้นเคย
ระบุกลไกระดับโมเลกุล: วิถีซ่อมแซมดีเอ็นเอถูกรบกวนโดยผิดพลาด
ทีมวิจัยศึกษา Spartan ซึ่งเป็นโปรตีนในมนุษย์ที่เป็นญาติกับ MH โดย Spartan ย่อยโปรตีนที่ขัดขวางการบรรจุดีเอ็นเอ และ MH มีบทบาทคล้ายกัน เมื่อ MH ไม่เข้าคู่กับดีเอ็นเอดาวเทียมของ Drosophila melanogaster อาจย่อยเอนไซม์ซ่อมแซมสำคัญ Topoisomerase II (Top2) โดยผิดพลาด ทำให้ดีเอ็นเอเสียหายและระบบสืบพันธุ์ทำงานผิดปกติ
การเพิ่มการแสดงออกของ Top2 ทางพันธุกรรมช่วยฟื้นความสามารถในการสืบพันธุ์ ขณะที่การลด Top2 ทำให้ความเสียหายรุนแรงขึ้น ผลนี้ยืนยันว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่าง MH กับดีเอ็นเอดาวเทียมเกี่ยวข้องกับวิถีซ่อมแซมดีเอ็นเอ
“กลไกซ่อมแซมนี้พบตั้งแต่ยีสต์จนถึงมนุษย์และได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างมากตลอดวิวัฒนาการ แต่โปรตีนของกลไกนี้ยังวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว หมายความว่าแม้แต่กลไกระดับโมเลกุลแกนหลักก็ยังปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาการทำงานพื้นฐาน” Brand กล่าว
ความหมายที่ไกลกว่าแมลงหวี่: จีโนมมนุษย์อาจเผชิญความขัดแย้งภายในคล้ายกัน
“การแข่งขันทางวิวัฒนาการนี้ไม่ได้เกิดเฉพาะในแมลงหวี่อย่างแน่นอน” Levine กล่าว “มนุษย์และไพรเมตก็มีวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วในลักษณะคล้ายกัน เราเชื่อว่าความขัดแย้งทางพันธุกรรมเหล่านี้สำคัญอย่างยิ่งต่อสุขภาพมนุษย์”
การกลายพันธุ์ของ Spartan เกี่ยวข้องกับมะเร็ง ส่วนการควบคุมดีเอ็นเอดาวเทียมที่ผิดปกติอาจทำให้เกิดความผิดพลาดในการแยกโครโมโซมและภาวะแอนยูพลอยดีของตัวอ่อน ซึ่งนำไปสู่การแท้งและภาวะมีบุตรยาก Levine ระบุว่าการแท้งจำนวนมากยังไม่ทราบสาเหตุ และดีเอ็นเอดาวเทียมเป็นแหล่งความไม่เสถียรของจีโนมที่ยังมีการศึกษาน้อย
ขั้นต่อไป ทีมวิจัยจะศึกษาว่าบริเวณอื่นของจีโนมมีส่วนร่วมในความขัดแย้งที่ซ่อนอยู่นี้หรือไม่ และพยายามจำลองกลไกคล้ายกันในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ที่มาของเรื่อง:
รวบรวมจากอินเทอร์เน็ต
เมื่อส่งแบบฟอร์ม คุณยอมรับ นโยบายความเป็นส่วนตัว เพื่อให้เราประมวลผลข้อมูลติดต่อและข้อมูลคำปรึกษาที่คุณให้ไว้ และยอมรับ ข้อกำหนดในการให้บริการ และยินยอมให้เราติดต่อคุณเกี่ยวกับการสอบถามนี้
ข่าว | นักชีววิทยาจาก Penn เปิดเผยการแข่งขันทางวิวัฒนาการแบบสองทางระหว่างดีเอ็นเอซ้ำกับโปรตีนที่จับดีเอ็นเอเป็นครั้งแรก
ข่าว | นักชีววิทยาจาก Penn เปิดเผยการแข่งขันทางวิวัฒนาการแบบสองทางระหว่างดีเอ็นเอซ้ำกับโปรตีนที่จับดีเอ็นเอเป็นครั้งแรก
ลึกลงไปในรหัสพันธุกรรมกำลังเกิดความขัดแย้งระดับโมเลกุลที่ถูกมองข้ามมาโดยตลอด ทีมมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียรายงานใน Current Biology ถึงหลักฐานการทดลองครั้งแรกว่า ลำดับจีโนมซ้ำที่เรียกว่าดีเอ็นเอดาวเทียมกับโปรตีนที่จับลำดับเหล่านี้กำลังแข่งขันทางวิวัฒนาการแบบสองทางอย่างต่อเนื่อง การค้นพบนี้ท้าทายมุมมองดั้งเดิมเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่าดีเอ็นเอขยะ และอาจช่วยอธิบายปัญหาสุขภาพ เช่น มะเร็งและภาวะมีบุตรยากในมุมใหม่
งานวิจัยนำโดย Mia Levine ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาใน School of Arts & Sciences ของ Penn โดยมีนักวิจัยหลังปริญญาเอก Cara Brand เป็นผู้เขียนคนแรก
ไม่ใช่ดีเอ็นเอขยะ แต่อาจเป็นต้นตอของอันตราย?
ดีเอ็นเอดาวเทียมไม่ได้เข้ารหัสโปรตีนและถูกมองมานานว่าเป็นสัญญาณรบกวนในจีโนมหรือเศษหลงเหลือจากวิวัฒนาการ Levine ระบุว่าหลักฐานที่เพิ่มขึ้นแสดงให้เห็นว่าลำดับซ้ำเหล่านี้มีบทบาทสำคัญต่อโครงสร้างโครโมโซม การแบ่งเซลล์ และกระบวนการจำเป็นอื่น ๆ หากสูญเสียการควบคุมอาจส่งผลร้ายแรง รวมถึงความไม่เสถียรของจีโนม มะเร็ง และความผิดปกติด้านการสืบพันธุ์
“โดยทั่วไปเรามองจีโนมเป็นระบบที่ร่วมมือกัน โดยทุกส่วนทำงานเพื่อค้ำจุนชีวิต แต่บางองค์ประกอบเห็นแก่ตัว ไม่ร่วมมือ และอาจรบกวนระบบทั้งหมดด้วยซ้ำ” Levine กล่าว
การทดลองข้ามสปีชีส์เผยความเสียหายต่อระบบสืบพันธุ์จากความไม่เข้าคู่กัน
เพื่อทดสอบว่าดีเอ็นเอดาวเทียมกับโปรตีนที่จับดีเอ็นเอถ่วงดุลกันระหว่างวิวัฒนาการหรือไม่ ทีมวิจัยศึกษาแมลงหวี่สองชนิดที่ใกล้ชิดกัน ได้แก่ Drosophila melanogaster และ Drosophila simulans ชนิดแรกมีลำดับดีเอ็นเอดาวเทียมขนาดมหึมาความยาว 11 ล้านคู่เบส ส่วนชนิดหลังไม่มีลำดับนี้เลย
นักวิทยาศาสตร์ใช้ CRISPR/Cas9 ถ่ายยีนของโปรตีนจับดีเอ็นเอดาวเทียม MH (Maternal Haploid) จาก Drosophila simulans ไปยัง Drosophila melanogaster แมลงหวี่ที่ดัดแปลงยังสร้างตัวอ่อนได้บางส่วน แต่รังไข่พัฒนาไม่ดี การผลิตไข่ลดลงอย่างมาก และความสามารถในการสืบพันธุ์ลดลงมาก เมื่อไม่มียีน MH เลย แมลงหวี่ไม่สามารถสืบพันธุ์และตัวอ่อนตาย
ประเด็นสำคัญคือ เมื่อถ่ายยีนใน Drosophila melanogaster กลายพันธุ์ที่ไม่มีลำดับดีเอ็นเอดาวเทียม ผลเสียทั้งหมดหายไปและรังไข่กลับมาพัฒนาตามปกติ แสดงว่าปัญหาหลักคือ MH ไม่เข้าคู่กับดีเอ็นเอดาวเทียมที่ไม่คุ้นเคย
ระบุกลไกระดับโมเลกุล: วิถีซ่อมแซมดีเอ็นเอถูกรบกวนโดยผิดพลาด
ทีมวิจัยศึกษา Spartan ซึ่งเป็นโปรตีนในมนุษย์ที่เป็นญาติกับ MH โดย Spartan ย่อยโปรตีนที่ขัดขวางการบรรจุดีเอ็นเอ และ MH มีบทบาทคล้ายกัน เมื่อ MH ไม่เข้าคู่กับดีเอ็นเอดาวเทียมของ Drosophila melanogaster อาจย่อยเอนไซม์ซ่อมแซมสำคัญ Topoisomerase II (Top2) โดยผิดพลาด ทำให้ดีเอ็นเอเสียหายและระบบสืบพันธุ์ทำงานผิดปกติ
การเพิ่มการแสดงออกของ Top2 ทางพันธุกรรมช่วยฟื้นความสามารถในการสืบพันธุ์ ขณะที่การลด Top2 ทำให้ความเสียหายรุนแรงขึ้น ผลนี้ยืนยันว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่าง MH กับดีเอ็นเอดาวเทียมเกี่ยวข้องกับวิถีซ่อมแซมดีเอ็นเอ
“กลไกซ่อมแซมนี้พบตั้งแต่ยีสต์จนถึงมนุษย์และได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างมากตลอดวิวัฒนาการ แต่โปรตีนของกลไกนี้ยังวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว หมายความว่าแม้แต่กลไกระดับโมเลกุลแกนหลักก็ยังปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาการทำงานพื้นฐาน” Brand กล่าว
ความหมายที่ไกลกว่าแมลงหวี่: จีโนมมนุษย์อาจเผชิญความขัดแย้งภายในคล้ายกัน
“การแข่งขันทางวิวัฒนาการนี้ไม่ได้เกิดเฉพาะในแมลงหวี่อย่างแน่นอน” Levine กล่าว “มนุษย์และไพรเมตก็มีวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วในลักษณะคล้ายกัน เราเชื่อว่าความขัดแย้งทางพันธุกรรมเหล่านี้สำคัญอย่างยิ่งต่อสุขภาพมนุษย์”
การกลายพันธุ์ของ Spartan เกี่ยวข้องกับมะเร็ง ส่วนการควบคุมดีเอ็นเอดาวเทียมที่ผิดปกติอาจทำให้เกิดความผิดพลาดในการแยกโครโมโซมและภาวะแอนยูพลอยดีของตัวอ่อน ซึ่งนำไปสู่การแท้งและภาวะมีบุตรยาก Levine ระบุว่าการแท้งจำนวนมากยังไม่ทราบสาเหตุ และดีเอ็นเอดาวเทียมเป็นแหล่งความไม่เสถียรของจีโนมที่ยังมีการศึกษาน้อย
ขั้นต่อไป ทีมวิจัยจะศึกษาว่าบริเวณอื่นของจีโนมมีส่วนร่วมในความขัดแย้งที่ซ่อนอยู่นี้หรือไม่ และพยายามจำลองกลไกคล้ายกันในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ที่มาของเรื่อง:
รวบรวมจากอินเทอร์เน็ต