أحد الألغاز الأساسية في علم الأحياء هو كيف “تقرر” الخلية الجذعية ما ستصبح عليه: عضلة، أو عصب، أو أي شيء آخر. تم العثور على الإجابة على هذا السؤال في بازل بسويسرا.

تحتوي كل خلية في الجسم على نفس الحمض النووي، ولكن أنواع مختلفة من الخلايا – مثل الخلايا العضلية أو العصبية – تستخدم أقسامًا مختلفة منه. تساعد عوامل النسخ الخلايا على تنشيط جينات معينة عن طريق قراءة تسلسلات معينة من الحمض النووي. تتكرر هذه التسلسلات في جميع أنحاء الجينوم، لذلك لم يكن من الواضح كيف تحدد العوامل بالضبط المكان الذي يجب أن ترتبط فيه.

في معهد فريدريش ميشر للأبحاث الطبية الحيوية، المركز الرائد عالميًا في مجال علم الوراثة اللاجينية وتنظيم الجينوم، قام بدراسة عاملي النسخ المرتبطين ارتباطًا وثيقًا – NGN2 و MyoD1– في المختبر وفي الجسم الحي (على الفئران) وتم مشاركة نتائجها على الصفحات الخلية الجزيئية. قام الباحثون بتشغيل عوامل النسخ هذه واحدًا تلو الآخر ولاحظوا مكان ارتباطها بالحمض النووي، وكيف تؤثر على التعبير الجيني، وكيف تقوم في النهاية بتوجيه الخلايا الجذعية لتصبح خلايا عصبية وخلايا عضلية.

اتضح أن ربط عوامل النسخ بجزيء الحمض النووي لا يعتمد فقط على تسلسل الحمض النووي، ولكن أيضًا على مدى انفتاح الحمض النووي وعلى البروتينات الشريكة الموجودة. تعمل عوامل النسخ أحيانًا بمثابة “عوامل رائدة” وتكون قادرة على فتح الحمض النووي المعبأ بإحكام في مواقع محددة لتشغيل الجينات. يمكن للتغيرات الصغيرة في الحمض النووي – أحيانًا “حرف” واحد فقط – والبروتينات التي تتفاعل معها هذه العوامل أن تؤثر على تنشيط الجينات.

ثم قام الفريق بتدريب نموذج التعلم الآلي للتعرف على أنماط ربط عامل النسخ. وباستخدام هذا النموذج، تمكنوا من فك رموز “لغة الحمض النووي” التي تتنبأ بمكان وكيفية ارتباط هذه العوامل. تنبأ النموذج بدقة بالنتائج في أنواع مختلفة من الخلايا، مما ساعد في تفسير كيف يمكن لعوامل النسخ المتشابهة أن تؤدي إلى مسارات نمو مختلفة.

لا تؤدي النتائج إلى تعميق فهمنا لكيفية تحديد عوامل النسخ لمصير الخلية فحسب، بل تقدم أيضًا أدوات قوية للتنبؤ بهذه العمليات وربما معالجتها في التطور والمرض.