مقدمه: Junk DNA یا کلید تنظیم ژن‌ها؟
بسیاری از توالی‌های DNA ویروسی که در طی میلیون‌ها سال در ژنوم انسان جای گرفته‌اند، تاکنون بی‌فایده تلقی می‌شدند. اما پژوهشی جدید نشان می‌دهد که این عناصر ممکن است عملکردهای حیاتی در تنظیم ژن‌ها داشته باشند. تمرکز این مطالعه بر خانواده‌ای از توالی‌ها به نام MER11 است که به‌ویژه در مراحل اولیه رشد انسان فعال هستند.
عناصر متحرک ژنتیکی (TEs): میراث ویروسی درون ژنوم
Transposable Elements (TEs) یا عناصر متحرک ژنتیکی، توالی‌هایی تکراری در ژنوم هستند که منشأ ویروسی دارند و از طریق مکانیسم “کپی و چسباندن” در سراسر ژنوم گسترش یافته‌اند. این عناصر اکنون حدود نیمی از ژنوم انسان را تشکیل می‌دهند. هرچند پیش‌تر بی‌کارکرد تصور می‌شدند، مطالعات اخیر نشان داده‌اند که برخی از آنها مانند کلیدهای تنظیمی عمل می‌کنند و بیان ژن‌های مجاور را در انواع خاصی از سلول‌ها تنظیم می‌نمایند.
۳. چالش در مطالعه عناصر جوان‌تر مانند MER11
به دلیل ماهیت تکراری و شباهت زیاد بین توالی‌های TEs، مطالعه آنها دشوار است. به‌ویژه خانواده‌های جوان‌تری مانند MER11 در پایگاه‌های داده ژنومی به‌خوبی شناسایی یا رده‌بندی نشده‌اند و این امر درک عملکرد آنها را محدود کرده است.
رویکرد جدید برای طبقه‌بندی MER11
برای حل این مشکل، پژوهشگران روشی نوین برای طبقه‌بندی MER11 ارائه کردند. به‌جای استفاده از ابزارهای استاندارد حاشیه‌نویسی ژنومی، آنها این توالی‌ها را بر اساس روابط تکاملی و حفظ‌شدگی در ژنوم نخستی‌ها گروه‌بندی کردند. این روش جدید، خانواده MER11A/B/C را به چهار زیرخانواده متمایز از قدیمی‌ترین تا جدیدترین با نام‌های MER11_G1 تا G4 تقسیم‌بندی کرد.
همبستگی با نشانگرهای اپی‌ژنتیک
طبقه‌بندی جدید نشان داد که این زیرخانواده‌ها الگوهای منحصربهفردی از پتانسیل تنظیمی ژن‌ها دارند. مقایسه این زیرخانواده‌ها با نشانگرهای اپی‌ژنتیک (برچسب‌های شیمیایی روی DNA و پروتئین‌های همراه آن که فعالیت ژنی را تحت تأثیر قرار می‌دهند) نشان داد که طبقه‌بندی جدید با عملکرد واقعی تنظیمی، تطابق بیشتری دارد نسبت به روش‌های پیشین.
بررسی مستقیم عملکرد MER11 با lentiMPRA
برای آزمایش مستقیم نقش MER11 در تنظیم بیان ژن، تیم تحقیقاتی از فناوری پیشرفته‌ای به نام lentiMPRA (آزمایش گزارشگر موازی باکتریوفاژ lentiviral) استفاده کرد. این تکنیک امکان بررسی هم‌زمان هزاران توالی DNA را با درج آنها در سلول‌ها و اندازه‌گیری میزان تقویت فعالیت ژنی فراهم می‌کند.
پژوهشگران نزدیک به ۷۰۰۰ توالی MER11 از انسان و سایر نخستی‌ها را مورد آزمایش قرار دادند و اثر آنها را در سلول‌های بنیادی انسان و سلول‌های عصبی اولیه بررسی کردند.
MER11_G4: جوان‌ترین و فعال‌ترین زیرخانواده
نتایج نشان داد که MER11_G4 (جوان‌ترین زیرخانواده) توانایی بالایی در فعال‌سازی بیان ژن دارد. این گروه دارای مجموعه‌ای متمایز از motifهای تنظیمی بود؛ بخش‌های کوتاه DNA که به‌عنوان جایگاه اتصال برای فاکتورهای رونویسی عمل می‌کنند. این موتیف‌ها می‌توانند به‌شدت نحوه پاسخ‌دهی ژن‌ها به سیگنال‌های رشد یا محرک‌های محیطی را تغییر دهند.
تفاوت‌های تکاملی و نقش در گونه‌زایی
تحلیل‌های بیشتر نشان داد که توالی‌های MER11_G4 در انسان، شامپانزه و ماکاک، در طول زمان تغییرات منحصربهفردی را تجربه کرده‌اند. در انسان و شامپانزه، برخی از توالی‌ها دچار جهش‌هایی شده‌اند که ممکن است توان تنظیمی آنها در سلول‌های بنیادی انسان را افزایش دهد.
همچنین مشخص شد که MER11_G4 در انسان‌ها به مجموعه‌ای منحصربه‌فرد از فاکتورهای رونویسی متصل می‌شود که نشان‌دهنده کسب عملکردهای تنظیمی جدید در طی تکامل است. به گفته‌ی دکتر چن، محقق ارشد مطالعه، این تغییرات احتمالاً در فرایند گونه‌زایی نقش داشته‌اند.
جمع‌بندی: DNA زباله‌ای یا تنظیم‌گر حیاتی؟
این پژوهش، مدلی نو برای درک نحوه‌ی تبدیل DNA “زباله‌ای” یا همان Junk DNA به عناصر تنظیمی با عملکرد زیستی مهم ارائه می‌دهد. با ردگیری مسیر تکاملی این توالی‌ها و آزمایش عملکرد مستقیم آنها، محققان نشان داده‌اند که DNA ویروسی باستانی چگونه می‌تواند در شکل‌دهی به فعالیت ژن‌ها در نخستی‌ها نقش‌آفرین باشد.
دکتر اینوئه، از نویسندگان ارشد مقاله، اشاره می‌کند:
«هرچند ژنوم ما سال‌ها پیش رمزگشایی شده، اما عملکرد بسیاری از بخش‌های آن هنوز ناشناخته است. انتظار می‌رود که عناصر متحرک نقش مهمی در تکامل ژنوم ایفا کنند و با پیشرفت پژوهش‌ها، اهمیت آنها بیش از پیش آشکار شود.»
منبع:
A phylogenetic approach uncovers cryptic endogenous retrovirus subfamilies in the primate lineage. Science Advances, 2025; 11 (29) DOI: 10.1126/sciadv.ads9164
تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش
نظارت و تأیید: فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک
