لقد رأى العلماء لأول مرة كيف يتحكم الحمض النووي في الجينات داخل الخلايا الحية

علماء الأحياء من أكسفورد أظهر لأول مرة كيف يطوي الحمض النووي في الخلية لتشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. أعطت طريقة MCC Ultra الجديدة صورة بدقة زوج أساسي واحد – إنها مثل رؤية كل حرف في خيط طوله مترين معبأ في نواة بحجم جزء من الألف من المليمتر. ونشرت النتائج في المجلة خلية.

من التسلسل إلى الحجم

تم فك رموز الجينوم البشري في عام 2003 – ثلاثة مليارات “حرف” من الحمض النووي. لكن معرفة ترتيب الحروف شيء واحد. إن فهم كيفية عملهم في الخلية أمر آخر تمامًا. الحمض النووي لا يقع في خط مستقيم. إنها تلتوي وتنحني وتشكل حلقات، وتربط المناطق التي تفصل بينها ملايين القواعد.

هذه الحلقات هي مفتاح التنظيم. ويقررون أي جين يتم تنشيطه في الكبد وأي جين يتم تنشيطه في الدماغ. تخيل كتابًا لا تفتح فصوله إلا في طية معينة من الصفحة. هذه هي الطريقة التي “تقرأ” بها الخلية الجينوم.

كيف تعمل طريقة MCC Ultra؟

MCC Ultra هو نسخة محسنة من تقنية Micro-Capture-C (MCC) التي تسمح لك “بالنظر” داخل الخلية ورؤية كيفية طي الحمض النووي في بنية ثلاثية الأبعاد.

في السابق، كانت اتصالات الحمض النووي ثلاثية الأبعاد تُرى فقط في خطوط عريضة. نهج جديد يلتقطها على المستوى الجزيئي. ويرى العلماء بالضبط أين يلامس التسلسل التنظيمي الجين، وكيف يطوي الكروماتين – مركب الحمض النووي البروتيني الذي يتم تعبئة الخيط فيه – جسديًا.

يقول البروفيسور جيمس ديفيس، الذي قاد الدراسة: “للمرة الأولى، يمكننا أن نرى كيف توجد مفاتيح التحكم في الجينوم فعليًا داخل الخلايا“.

مفاتيح السطح

ووجد الفريق أن أجزاء الحمض النووي التي تقوم بتشغيل الجينات وإيقافها ليست مخفية عميقًا داخل “كرة” الكروموسوم. قوى الجذب والتنافر (مثل المغناطيس) تدفعهم نحو سطح الكروماتين – تعبئة كثيفة للحمض النووي بالبروتينات. هناك يتم جمع هذه “المفاتيح”. المجموعات – المناطق التي تعمل فيها الجينات بنشاط.

هذا ليس حادثا. أظهرت نماذج البروفيسورة روزانانا كوليباردو جيفارا من كامبريدج أن مثل هذه المجموعات تنشأ من تلقاء نفسها، وذلك ببساطة لأنها الخصائص الفيزيائية الحمض النووي والبروتينات التي تربطه معًا. لا توجد أوامر خارجية – فقط قوانين الطبيعة.

لماذا هو مهم للصحة

أكثر من 90% من المتغيرات الجينية المرتبطة بالسرطان والسكري وأمراض المناعة الذاتية لا توجد في الجينات نفسها، وفي المجالات التنظيمية. تؤدي طفرة في المفتاح إلى تشغيل الجين في الوقت الخطأ أو في المكان الخطأ.

يؤكد ديفيس: “هذا يغير فهمنا لكيفية عمل الجينات وكيفية حدوث الاضطرابات في الأمراض. يمكننا الآن أن نرى كيف تؤدي التغيرات في البنية المعقدة للحمض النووي إلى أمراض مثل أمراض القلب والأوعية الدموية وأمراض المناعة الذاتية والسرطان. وهذا أمر مهم للغاية”.

من المختبر إلى العلاج

ووفقا للعلماء، فإن الأدوية المستقبلية لن تمنع البروتينات فحسب، بل ستصحح طي الحمض النووي. على سبيل المثال، إذا قمت بإرجاع هذا “المفتاح” إلى مكانه، فإن الورم سيتوقف عن النمو.

يقول هانغبينج لي، قائد التجربة: “لدينا الآن أداة تتيح لنا أن ندرس بتفصيل كبير كيفية التحكم في الجينات. وهذه خطوة مهمة نحو فهم ما يحدث في المرض وما يمكن فعله لتصحيحه”.

ويجري بالفعل اختبار هذه الطريقة على نماذج الأمراض. الهدف التالي هو إنشاء أطلس لطي الحمض النووي لجميع أنواع الخلايا. وهذا سيعطي الأطباء خريطة للمكان الذي تعطل فيه التنظيم بالضبط لدى مريض معين. في المستقبل – الطب الشخصي، حيث يتم اختيار العلاج ليس وفقا للأعراض، ولكن وفقا لبنية الجينوم في الوقت الحقيقي.