تیمی بین‌المللی از پژوهشگران به رهبری مرکز Helmholtz Munich برای نخستین‌بار توانسته‌اند درک دقیقی از چگونگی سازمان‌یابی فضایی ماده ژنتیکی در هسته سلول‌های جنین در ساعات اولیه پس از لقاح ارائه دهند. شگفت‌انگیز اینکه جنین‌ها در واکنش به اختلالات این فرایند از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردارند. یافته‌های این مطالعه که در نشریه Cell منتشر شده است، نشان می‌دهد که هیچ «تنظیم‌کننده اصلی» واحدی بر این سازمان‌دهی هسته‌ای کنترل ندارد. در عوض، مجموعه‌ای از مکانیسم‌های موازی و جایگزین به‌طور هم‌زمان عمل کرده و ساختاری هسته‌ای پایدار و قابل تنظیم ایجاد می‌کنند، به‌طوری که جنین‌ها قادرند خطاهای اولیه در سازمان‌یابی هسته‌ای را اصلاح کنند.
سازمان‌یابی اولیه DNA: ترکیب پایداری و انعطاف
پس از لقاح و ترکیب تخمک و اسپرم، فرایند گسترده‌ای از بازآرایی DNA در هسته سلول آغاز می‌شود. در این مرحله، اپی‌ژنتیک نقشی اساسی ایفا می‌کند؛ به‌واسطه‌ی تغییرات شیمیایی در DNA و پروتئین‌های همراه آن، فعالیت ژن‌ها تنظیم می‌شود.
به‌گفته‌ی پروفسور ماریا النا تورس-پادیلا، سرپرست مطالعه و مدیر مؤسسه اپی‌ژنتیک و سلول‌های بنیادی در Helmholtz Munich، “ما می‌خواستیم بدانیم برنامه‌های اپی‌ژنتیکی چگونه بر فعالیت ژن‌ها اثر می‌گذارند و اطمینان حاصل می‌کنند که سلول وظایف رشدی خود را به‌درستی انجام دهد.”
او ادامه می‌دهد: “پیش‌تر مشخص نبود که آیا یک مکانیسم مرکزی، سازمان‌دهی هسته‌ای پس از لقاح را کنترل می‌کند یا خیر. نتایج ما نشان دادند که مسیرهای تنظیمی متعدد و موازی به‌طور هم‌زمان این سازمان‌یابی را هدایت کرده و یکدیگر را تقویت می‌کنند.”
تردید در مدل کلاسیک سازمان‌دهی هسته‌ای
برای بررسی سازوکارهای بازآرایی هسته‌ای، پژوهشگران از غربالگری اختلالی (perturbation screening) در مقیاس متوسط در جنین موش استفاده کردند. برای ترسیم نقشه‌ی تغییرات اپی‌ژنتیکی، آن‌ها به مجموعه‌ای از فناوری‌های پیشرفته زیست‌مولکولی متوسل شدند.
نتایج این تحلیل‌ها آشکار کرد که چندین مسیر تنظیمی تکراری در سازمان‌یابی هسته نقش دارند.
جالب‌تر اینکه برخلاف مدل کلاسیک، فعالیت ژن‌ها الزاماً با مکان آن‌ها در هسته تطابق نداشت. به‌گفته‌ی مرینموی پال، نویسنده اول مقاله و دانشجوی دکترای مؤسسه اپی‌ژنتیک و سلول‌های بنیادی، “موقعیت ژن‌ها در هسته همیشه با سطح فعالیت آن‌ها هماهنگ نبود.”
برخی ژن‌ها حتی پس از جابه‌جایی به مناطقی از هسته که معمولاً غیرفعال تلقی می‌شوند، همچنان فعال باقی می‌ماندند؛ در حالی که جابه‌جایی مشابه در برخی دیگر باعث کاهش چشمگیر بیان ژن می‌شد. او نتیجه می‌گیرد: “این یافته‌ها مدل کلاسیک عملکرد و سازمان‌دهی ژنوم را به چالش می‌کشد.”
توانایی شگفت‌انگیز جنین برای اصلاح خطاهای اولیه
یکی از یافته‌های غیرمنتظره این بود که جنین‌ها حتی پس از اولین تقسیم سلولی نیز می‌توانند اختلال در سازمان‌یابی هسته‌ای را اصلاح کنند. اگر سازمان‌یابی هسته‌ای پیش از اولین تقسیم دچار اشکال شود، ممکن است در چرخه سلولی دوم بازیابی شود.
این امر نشان می‌دهد که جنین‌های اولیه نه‌تنها مقاوم هستند بلکه می‌توانند خطاهای مرحله ابتدایی را جبران کنند. پژوهشگران دریافتند که این قابلیت توسط علائم اپی‌ژنتیکی به‌ارث‌رسیده از تخمک مادر تنظیم می‌شود.
اما حتی اگر این سیگنال‌های مادری مختل شوند، جنین قادر است برنامه‌های اپی‌ژنتیکی جایگزین را فعال کرده و سازمان‌دهی صحیح هسته را بازیابی کند، حتی اگر منشأ آن از مادر نباشد. این موضوع نشان می‌دهد که جنین‌ها می‌توانند از مسیرهای آغازین متفاوتی برای رشد خود استفاده کنند تا از نقص‌های رشدی جلوگیری شود.
اهمیت یافته‌ها در زمینه بیماری و پیری
این کشف‌ها ممکن است پیامدهای وسیعی داشته باشند. برای نمونه، در بیماری پروجریا (نوعی بیماری ژنتیکی نادر که موجب پیری زودرس می‌شود)، اختلالات قابل توجهی در ساختار DNA مرتبط با لایه داخلی هسته سلول دیده می‌شود. همچنین، برخی از سرطان‌ها با تغییر در سازمان‌دهی ژنوم هسته‌ای در ارتباط‌اند.
به‌گفته‌ی تورس-پادیلا: “یافته‌های ما می‌توانند به درک بهتر این مکانیسم‌ها کمک کنند و در بلندمدت، مسیرهایی برای مداخله در برنامه‌های اپی‌ژنتیکی با هدف بهبود بیماری‌ها فراهم سازند.”
روش‌شناسی مطالعه
پژوهشگران برای بررسی دقیق سازوکارهای اپی‌ژنتیکی مؤثر در سازمان‌دهی اولیه هسته، از ترکیبی از روش‌های پیشرفته استفاده کردند:
Dam-ID: برای شناسایی نواحی DNA که با لایه‌ی لامینای هسته تعامل دارند (ساختاری پروتئینی که داخل غشای هسته را پوشانده و بر آرایش فضایی DNA تأثیر می‌گذارد).
RNA-seq: برای اندازه‌گیری فعالیت ژن‌ها در جنین‌های اولیه و تحلیل تغییرات در بیان ژن.
CUT&RUN و CUT&Tag: برای نقشه‌برداری دقیق از علائم اپی‌ژنتیکی که در تنظیم سازمان‌یابی هسته نقش دارند.
ترکیب این روش‌ها امکان ترسیم نقشه‌ای جامع از دینامیک سازمان‌یابی هسته‌ای در ساعات نخست رشد جنین و نمایش انعطاف‌پذیری آن را فراهم کرد.
منبع:
The establishment of nuclear organization in mouse embryos is orchestrated by multiple epigenetic pathways. Cell, 2025; DOI: 10.1016/j.cell.2025.03.044
تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش
نظارت و تأیید: فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک
