این مطالعه تحقیقات موجود در مورد میعانات رونویسی در سلول های پستانداران را به مخمر گسترش می دهد
تحقیقات جدید در دانشگاه شیکاگو (UChicago) نشان می‌دهد که همان ماشینی که سلول‌های پستانداران برای ایجاد تمایز سلولی استفاده می‌کنند، نقش مهمی در فعال کردن ژن‌های مخمر در پاسخ به استرس محیطی دارد. نتایج که در Molecular Cell منتشر شد ، نشان می‌دهد که این ماشین‌ها، که به عنوان میعانات رونویسی شناخته می‌شوند، ابزاری باستانی و حفاظت‌شده هستند که توسط سلول‌های یوکاریوتی برای ارتقای سطح بالای بیان ژن برای بیش از یک میلیارد سال استفاده می‌شود. این یافته‌ها نه تنها به توضیح بهتر چگونگی واکنش دینامیک سلول‌ها به نشانه‌های محیطی کمک می‌کنند، بلکه پیامدهایی برای درک بیماری‌های انسانی مانند سرطان و تخریب عصبی دارند.
این مطالعه تحقیقات موجود در مورد میعانات رونویسی در سلول‌های پستانداران را به مخمر و پاسخ شوک حرارتی آنها – نحوه واکنش سلول‌ها به دمای بالا – گسترش می‌دهد. دکتر دیوید پینکوس، استادیار ژنتیک مولکولی و زیست شناسی سلولی در UChicago گفت: «پاسخ شوک حرارتی قدیمی است. این پاسخ خیلی قبل از اینکه مردم وجود داشته باشند وجود داشت – خیلی قبل از اینکه حتی مخمر وجود داشته باشد! این قبل از تقسیم بین پروکاریوت ها و یوکاریوت ها است، بنابراین یک پاسخ سلولی واقعا اساسی و مهم است.
میعانات رونویسی محفظه‌های بدون غشاء هستند – تقریباً مانند اندامک‌ها، اما فاقد غشاء – در داخل هسته سلول که ماشین‌های رونویسی را گرد هم می‌آورند و متمرکز می‌کنند تا امکان رونویسی سریع و سطح بالا ژن‌های حیاتی خاص را تحت شرایط خاص، مانند برای مشخص کردن دودمان سلولی یا در پاسخ به استرس.
در پاسخ به دمای بالای محیطی، سلول‌ها به همراه‌های مولکولی فعال می‌شوند که به حفظ ثبات پروتئین کمک می‌کنند. این پاسخ شوک حرارتی می تواند توسط سلول های سرطانی ربوده شود تا به پروتئین های جهش یافته کمک کند تا تاخورده بمانند، و در بیماری های تخریب کننده عصبی مانند بیماری آلزایمر تجزیه می شود، جایی که کمبود جاپرون های مولکولی منجر به تجمع بیش از حد پروتئین می شود.
پینکوس گفت: “ما می دانیم که این واکنش شوک گرمایی برای سلامت انسان مهم است و می دانیم که ژن های درگیر در مقادیر زیادی القا می شوند.” اما واقعاً مشخص نبود که سلول‌ها چگونه می‌توانند این پاسخ را برای هدایت بیان ژن هماهنگ کنند.»
تحقیقات قبلی در سلول‌های پستانداران نشان داده بود که یوکاریوت‌ها از این بخش‌های بدون غشاء استفاده می‌کنند تا با ایجاد هاب‌هایی که توالی‌های DNA مرتبط و فعال‌کننده‌های رونویسی می‌توانند رونویسی را جمع‌آوری و هدایت کنند، بیان ژن در سطح بالا را هدایت کنند. در مطالعه حاضر، محققان از یک سری جهش ژنتیکی استفاده کردند تا نشان دهند که سلول های مخمر از همان مکانیسم برای هماهنگ کردن پاسخ شوک حرارتی استفاده می کنند.
سورابی چاودری، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه پینکوس در شیکاگو گفت: «در تحقیقات قبلی خود، دیدیم که ژن‌هایی که در پاسخ به استرس گرمایی تنظیم می‌شوند، در فضای سه‌بعدی به هم می‌پیوندند تا فعال شوند. این مطالعه شواهدی را ارائه می‌کند که نشان می‌دهد این ژن‌ها در فضای سه‌بعدی توسط این میعانات بیومکانیکی برای تسهیل رونویسی ژن با هم هدایت می‌شوند.
این اولین باری است که این میعانات در گونه‌های غیر یوکاریوتی دیده می‌شود و نشان می‌دهد که این ساختارها بسیار باستانی هستند و قدمت آنها به یک اجداد مشترک اولیه بازمی‌گردد و در بین گونه‌ها حفظ شده است. پینکوس گفت: «این بدان معناست که سلول‌ها این بیان ژن سطح بالا را برای یک میلیارد سال انجام می‌دهند. و هنگامی که این میعانات تشکیل می‌شوند، در یک ژن منفرد تشکیل نمی‌شوند، بلکه این ظرفیت را دارند که دسته‌ای از ژن‌ها را به هم نزدیک کنند تا همه آنها را همزمان فعال کنند.»
نتایج همچنین یک مدل جدید برای پاسخ شوک حرارتی مخمر ایجاد می کند. Chowdhary گفت: «تاکنون مشخص نبود که چگونه این ژن‌ها با هم ترکیب می‌شوند تا سطوح بالایی از فعالیت رونویسی را در طول پاسخ استرس ایجاد کنند. اکنون می‌دانیم که ژن کلیدی، Hsf1 ، با جمع‌آوری و متمرکز کردن این ژن‌ها در کنار هم در این تراکم‌های رونویسی، و آوردن ژن‌های دیگر برای هدایت این رونویسی، به شیوه‌ای استثنایی عمل می‌کند.»
محققان می گویند که این مکانیسم احتمالا به سپیده دم زندگی باز می گردد. پینکوس گفت: “شما در مورد سوپ اولیه شنیده اید، جایی که زندگی در این بسترهای متمرکز از مواد مغذی آغاز شد.” “این میعانات را به عنوان “ابر تقویت کننده های اولیه” در نظر بگیرید. این ماشین احتمالاً به عنوان بخشی از پاسخ استرس در سلول‌های بدوی تکامل یافته و بعداً برای ایجاد تمایز سلولی مورد استفاده قرار گرفت و راه را برای زندگی چند سلولی هموار کرد.
به عنوان گام بعدی، این تیم قصد دارد مکانیسم تراکم های رونویسی را بررسی کند و به دنبال درک بهتر چگونگی شکل گیری تراکم ها و نحوه سازماندهی مجدد سه بعدی ژنوم است. در نهایت، درک بهتر مکانیسم و اهمیت بیولوژیکی آن می‌تواند راه را برای درمان‌های پزشکی جدید هموار کند، اگر محققان بتوانند داروهایی بسازند که تشکیل و فعالیت میعانات را مستقیماً تعدیل می‌کنند.
پینکوس می گوید: «این خیلی هیجان انگیز است که بدانیم سلول ها هیچ چیز را به شانس واگذار نمی کنند. ما سلول را کیسه‌ای از آنزیم‌ها می‌دانیم، اما همه چیز از نظر مکانی و زمانی سازماندهی شده است. مثل این است که ما کاپوت را از روی ماشین برمی داریم و چرخش موتور را تماشا می کنیم و این فرآیندهای تکاملی ضروری را در عمل می بینیم. اگر سلول ها نمی توانستند با تغییرات محیط کنار بیایند، همه ما نان تست می شدیم. دیدن این چیز زیبایی است.»
این مطالعه، “تراکم های رونویسی القایی باعث سازماندهی مجدد ژنوم سه بعدی در پاسخ شوک حرارتی می شود” توسط مؤسسه ملی بهداشت (R01GM138689 و R01GM138988) و بنیاد ملی علوم (OMA-2121044) پشتیبانی شد. نویسندگان دیگر عبارتند از سارا پاراچا از UChicago و Amoldeep S. Kainth و David S. Gross از دانشگاه ایالتی لوئیزیانا.
– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت مرکز پزشکی دانشگاه شیکاگو منتشر شد