گامی تازه در ترجمه زبان ژنوم: کشف تعاملات جدید میان فاکتورهای رونویسی انسان

🔹 کشف الگوهای پنهان در رمز تنظیم ژن‌ها

پژوهش جدیدی ابعاد تازه‌ای از پیچیدگی تنظیم ژن در انسان را آشکار کرده است. این مطالعه نشان می‌دهد که دنباله‌هایی از پروتئین‌ها به نام فاکتورهای رونویسی (Transcription Factors) با اتصال به DNA، نقش اساسی در کنترل میزان بیان ژن‌ها ایفا می‌کنند.

این تحقیق که در مجله‌ی Nature منتشر شد، حاصل همکاری پژوهشگران مؤسسه وِلکِم سنگر (Wellcome Sanger Institute)، دانشگاه کمبریج و گروهی از محققان بین‌المللی است. آنان به بررسی چگونگی تعامل فاکتورهای رونویسی هدایت‌شده توسط DNA با یکدیگر پرداختند.

نتایج این پژوهش گامی مهم در جهت درک «زبان پیچیده کُد تنظیم ژن‌ها» به‌شمار می‌آید — زبانی که الگوهای توالی DNA در نزدیکی ژن‌ها را برای رشد انسان و خطر ابتلا به بیماری‌ها معنا می‌کند.

🔹 کُد تنظیمی ژن و نقش فاکتورهای رونویسی

هر ژن در بدن انسان دارای منطقه‌ای تنظیمی (Regulatory Region) است که دستورالعمل‌هایی درباره‌ی زمان و مکان بیان ژن را در خود دارد. این دستورالعمل‌ها به صورت رمز یا کدی ژنتیکی نوشته شده‌اند که توسط فاکتورهای رونویسی خوانده می‌شود. این پروتئین‌ها به توالی‌های خاصی از DNA متصل شده و بسته به موقعیت، بیان ژن را افزایش یا کاهش می‌دهند.

پژوهش‌های پیشین نشان داده‌اند که همکاری میان چندین فاکتور رونویسی، ویژگی کلیدی در فرایند اتصال آن‌ها به DNA است و خود DNA فعالانه این تعاملات را تسهیل می‌کند.
با توجه به اینکه «کُد تنظیمی» بسیار پیچیده‌تر از «کُد ژنتیکی» است — که تنها ساختار پروتئین‌ها را از روی توالی DNA توضیح می‌دهد — دانشمندان اکنون در تلاش‌اند واژگان و دستور زبان این کُد تنظیمی را به‌طور دقیق‌تر درک کنند.

درک عمیق‌تر از این زبان ژنتیکی برای فهم اینکه چگونه سلول‌ها به انواع خاص تمایز می‌یابند، اندام‌ها شکل می‌گیرند و جایگاه آن‌ها در بدن جنین تعیین می‌شود، و نیز برای فهم علل بروز بیماری‌ها ضروری است.

🔹 الگوریتم‌های نوین برای رمزگشایی تعاملات ژنتیکی

تعاملات بین فاکتورهای رونویسی هدایت‌شده توسط DNA تاکنون به‌خوبی شناخته نشده بود. در این مطالعه، پژوهشگران مؤسسه سنگر و دانشگاه کمبریج با استفاده از دو الگوریتم جدید محاسباتی، ۵۸ هزار جفت فاکتور رونویسی در سلول‌های انسانی را تحلیل کردند تا دریابند این فاکتورها در کجا و چگونه با یکدیگر تعامل دارند.

نتایج آنان الگوهای تازه‌ای از ترجیح‌ها و ترکیب‌های خاص میان فاکتورهای رونویسی را آشکار کرد که با عنوان «موتیف» (Motif) شناخته می‌شوند. پژوهشگران برآورد کردند که در این مطالعه ۱۸ تا ۴۷ درصد از کل موتیف‌های جفت فاکتورهای رونویسی انسان شناسایی شده است — گامی بزرگ در فهم رمز تنظیمی ژن‌ها.

🔹 نقش موتیف‌ها در رشد اندام‌ها و اختلالات رشدی

تیم پژوهشی دریافت که برخی از موتیف‌های شناسایی‌شده در افزاینده‌های رشدی (Developmental Enhancers) حضور دارند — عناصری از DNA که بیان ژن‌ها را در مراحل حیاتی رشد فعال می‌کنند، مانند تشکیل انگشتان دست.

به‌عنوان نمونه، نتایج نشان داد که ترکیب‌های خاصی از موتیف‌های فاکتورهای رونویسی — یا به‌بیان دیگر، «واژه‌های» موجود در زبان ژنوم — می‌توانند تعیین کنند که آیا فرد دچار پلی‌داکتیلی (Polydactyly) یا چسبندگی انگشتان (Syndactyly) می‌شود یا خیر.

🔹 پیامدها برای مدل‌های هوش مصنوعی و زیست‌محاسبات

این یافته‌ها تأثیر مستقیمی بر آینده‌ی استفاده از مدل‌های محاسباتی و هوش مصنوعی برای پیش‌بینی ساختار پروتئین‌ها دارند. در حالی که این ابزارها قادرند ساختار کلی پروتئین‌ها را پیش‌بینی کنند، اغلب نمی‌توانند جزئیات ظریف تعاملات فاکتورهای رونویسی بر روی DNA را شبیه‌سازی کنند.

این تعاملات کوچک اما حیاتی، اثرات بزرگی بر رشد و تمایز انسان دارند. پژوهشگران امیدوارند مدل‌های آینده بتوانند این جزئیات مولکولی را در پیش‌بینی‌های خود وارد کنند تا درک دقیق‌تری از ساختار و عملکرد پروتئین‌ها و تعاملات پروتئین-DNA حاصل شود.

🔹 رمزگشایی واژگان پنهان در زبان ژن‌ها

این پژوهش گامی مهم در مطالعه‌ی «واژه‌های کوچک» در زبان بیان ژن محسوب می‌شود. با شناسایی موتیف‌های کوچک اما کلیدی در ژنوم، دانشمندان اکنون می‌توانند نقش فاکتورهای رونویسی در نواحی غیرکُدکننده ژنوم را بهتر درک کنند.
این نواحی که ۹۹٪ از ژنوم انسان را تشکیل می‌دهند، هرچند پروتئینی تولید نمی‌کنند، اما در تنظیم بیان ژن‌ها و تعیین ریسک ابتلا به بیماری‌ها نقش حیاتی دارند.

🔹 دیدگاه پژوهشگران

دکتر ایلیا سوکولوف (Ilya Sokolov) از مؤسسه وِلکِم سنگر گفت:

«با درک عمیق‌تر از چگونگی تعامل فاکتورهای رونویسی هدایت‌شده توسط DNA، امیدواریم پژوهش ما بتواند پایه‌های مولکولی کُد تنظیمی ژن‌ها را روشن‌تر کند، به‌ویژه در ارتباط با اختلالات رشدی.
این تعاملات در میان پستانداران از نظر تکاملی حفظ شده‌اند و مزایای زیادی در رشد دارند — از جمله ترکیب اطلاعات مکانی و ایجاد پاسخ‌های دقیق‌تر در بیان ژن‌ها.
ما مشتاقیم تا با این بینش‌های تازه، مسیر تحقیقات آینده را در زمینه‌ی درک رشد انسان و بیماری‌های تکاملی هموار کنیم.»

پروفسور یوسی تایپاله (Jussi Taipale)، نویسنده ارشد مطالعه و سرپرست گروه در مؤسسه سنگر، افزود:

«کُد تنظیمی ژنوم انسان به‌مراتب پیچیده‌تر از کُد ژنتیکی است.
پژوهش ما درباره‌ی تعاملات فاکتورهای رونویسی، درک عمیق‌تری از «زبان ژنوم» فراهم می‌کند.
این یافته‌ها نه تنها الگوهای جدیدی از رشد انسان را آشکار می‌سازد، بلکه راه را برای توسعه‌ی مدل‌های محاسباتی آینده برای فهم بهتر تنظیم ژن‌ها هموار می‌کند.»

منبع:

Zhiyuan Xie, Ilya Sokolov, Maria Osmala, Xue Yue, Grace Bower, J. Patrick Pett, Yinan Chen, Kai Wang, Ayse Derya Cavga, Alexander Popov, Sarah A. Teichmann, Ekaterina Morgunova, Evgeny Z. Kvon, Yimeng Yin, Jussi Taipale. DNA-guided transcription factor interactions extend human gene regulatory code. Nature, 2025; DOI: 10.1038/s41586-025-08844-z

تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش

نظارت و تأیید:فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک