«اسرار فرگشت»، در عملکرد ژن های کهن RNA

زیست شناسان عملکرد گروهی از ژن هایی که زیاد شناخته شده نیستند را مورد مطالعه قرار دادند؛ این ژن ها بجای پروتئین، مولکول های RNA طویلِ فاقد رمزگذاری را تولید می کنند. برخی از این ژن ها در حین فرگشت حفظ می شوند و در ۱۱۱ گونه از انسان گرفته تا قورباغه وجود دارند.

به گزارش بیگ بنگ، این تحقیق در دانشگاه لاسن با همکاری EPFL و موسسه ی سوئیسیِ بیوانفورماتیک (SIB-SIB) انجام شد و در مقاله ی نیچر منتشر شد. نقش «کلاسیک» یک ژن تولید پروتئین است؛ پروتئین ها برای عملکرد سلول ها ضروری هستند. هرچند، ژنوم های ما ژن هایی که RNAهای طویلِ فاقد رمزگذاری (۱) را تولید می کنند و عملکردشان اسرارآمیز است را نیز رمزگذاری می کنند. با این حال، از سه یا چهار سال پیش می دانستیم که هزاران عدد از این ژن هایی که زیاد شناخته شده نیستند در ژنوم های انسان و موش حضور دارند. این ژن ها چگونه و در چه اندام هایی فعال هستند؟ آیا این «ماده ی تاریک» با هیچ چیزی کاری ندارد یا چیز دیگری برایش جالب تر است؟

یک گروه به سرپرستی پروفسور هنریک کائسمن در مرکز تحقیقات ژنومیک (CIG-UNIL ) کاتالوگی موثق از RNAهای طویلِ فاقد رمزگذاری را در ۱۱ گونه گردآوری کرد. آنها با اتخاذ روشی تکاملی کشف کردند که حدود ۲۵۰۰ RNA طویلِ فاقد رمزگذاری در ابتدا حداقل ۹۰ میلیون سال پیش در اجدادِ بیشتر پستاندارانِ وابسته به جفت جنین ظاهر شدند. از دیدگاه کاربردی، این ژن های «قدیمی» جالب هستند.

اولین نویسنده ی مقاله ی نیچر، آناماریا نسول، دانشمند در آزمایشگاه ژنومیکِ تکاملیِ EPFL، حیطه ی بررسی را تا این RNAهای طویلِ فاقد رمزگذاری در ۶ گونه ی پستانداران (انسان، بوزینه ی دم کوتاه شبیه انسان، شامپانزه، نوعی شامپانزه ی قد کوتاه، گوریل و اورانگوتان) و همچنین در موش، صاریغ (نوعی پستاندار کیسه دار)، نوعی پستاندارآبزی و منقاندار و صدف خوار در جنوب استرالیا (پستاندار تخمگذاری که به فرزندش شیر می دهد و از او مراقبت می کند) و «گروه خارجیِ» متشکل از پرندگان (مرغان) و دوزیستان (قورباغه) گسترش داد. زیست شناسان از بسترِ ژنومیک CIG و مرکز محاسباتیِ Vital-IT در موسسه ی سوئیسی بیوانفورماتیک استفاده کردند تا RNAهای طویلِ فاقد رمزگذاری را در چند اندام اصلیِ ۱۱ گونه ی تحت بررسی شناسایی کنند.

نسول افزود : «به لطف بیوانفورماتیک، توالی های RNA های (۲) تولید شده از محل های ژنومِ فاقد ژن را کشف کردیم؛ سپس، این ژن ها را آنالیز کردیم تا متوجه شویم که آیا پروتئین ها را رمزگذاری کرده اند یا خیر. بنابراین، بسته به نوع گونه ها باید بین ۳۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ ژنِ RNA طویلِ فاقد رمزگذاری را شناسایی کنیم.»

در مرحله ی دومِ تحقیق، مقایسه ی گونه های مختلف دانشمندان را قادر ساخت تا به ظهور این ژن ها در تاریخچه ی تکاملی با دقت اشاره کنند. در حالیکه ۱۱۰۰۰ RNA طویلِ فاقد رمزگذاری بین تمام پستاندارانِ نخستین تقسیم شده اند، از حدود ۹۰ میلیون سال پیش ۲۵۰۰ RNA در جد مشترک انسان و موش وجود دارد. فقط ۱۰۰ عدد از این نوع ژن ها از جد مشترک تمام ۱۱ گونه ی مورد نظر از جمله پرندگان و دوزیستان ناشی شده اند. «یکی از یافته های اصلی مان این است که فعالیت این ژن های فاقد رمزگذاری بوسیله ی فاکتورهای یکسانِ رونوشت کنترل می شود؛ این فاکتورها فعالیت ژنی که پروتئین را رمزگذاری می کند را تنظیم می کنند. همچنین دریافتیم که ۲۵۰۰ عدد از قدیمی ترین ژن های RNA طویلِ فاقد رمزگذاری به وسیله ی فاکتورهایی که برای تکامل جنینی مهم هستند تنظیم می شوند. این امر حاکی از آن است که احتمالأ درصد زیادی از ۲۵۰۰ RNA طویلِ فاقد رمزگذاری در حین تکامل پستانداران وابسته به جفت، در تکامل جنینی نقش ویژه ای دارند.»

سومین مرحله از تحقیق دانشمندان را قادر ساخت تا یک شبکه از فعل و انفعالات (به ویژه فعل و انفعالات مربوط به بیان مشترک، یعنی ژن ها در اندام ها یا سلول های مشترک فعال می شوند) را ایجاد کنند که مستلزم RNAهای طویلِ فاقد رمزگذاری و ژن هایی است که پروتئین را رمزگذاری می کنند. مثلأ آنها دریافتند که برخی از ژن های فاقد رمزگذاری با ژن هایی که پروتئین ها را رمزگذاری می کنند به شدت در ارتباطند؛ این ژن ها در فعالیت های مغزی یا تشکیل نطفه نقش دارند که این امر نشان می دهد این ژن های RNA طویلِ فاقد رمزگذاری عملکردهای یکسانی دارند. در نمونه ی ژنِ H19X، یکی از قدیمی ترین ژن های RNA طویلِ فاقد رمزگذاریِ شناسایی شده به تشخیصِ عملکردِ ژن H19X کمک کرد.

آناماریا نسولا گفت: «ژن H19 مانع از آن می شود که جفت در درون رحم مادر رشد کند. فرض می کنیم که ژن H19X نیز منجر به این عملکرد می شود. اکنون تصمیم می گیریم این ژن را در موش ها از کار بیاندازیم تا عملکردش در جفت را آزمایش کنیم. در میان زیرشاخه های RNAهای تولید کننده ی ژن ها، آیا ژن های RNA طویل سودمندتر از آن چیزی هستند که تصور می شد؟ این مطالعه ی جدید در مقیاسِ بی سابقه با پیگیری ژن های RNA در ۱۱۱ گونه ی مختلف نشان می دهد که «ماده ی تاریک» در برخی از ژنوم های ما احتمالأ در فرگشت و عملکرد بیشتر اندام های بدنمان نقش دارد. مطالعه ی تجربیِ آتی نقش این ژن ها که اولین اسرارشان را برایمان فاش کرده اند را بیشتر نشان می دهد.

منبع: dailygalaxy

۱) RNAهای طویلِ فاقد رمزگذاری رونوشتی از پروتئین های فاقد رمزگذاری هستند که از بیش از ۲۰۰ نوکلئوتید، تشکیل شده اند.

۲) RNA خویشاوند نزدیکِ DNA، اولین مولکول ژنتیکی بوده که حدود چهار میلیارد سال پیش به شکل ابتدایی پدیدار شده و بعدأ به شکل مولکول های RNA و DNA که در زندگیِ امروز داریم نمو پیدا کرده است.