دیجیاتو/محققان کشف کرده‌اند پروتئین‌هایی که وظیفه پایداری ساختاری کروموزوم‌ها را برعهده دارند، می‌توانند تغییر جهت بدهند و DNA را بازآرایی کنند.

پژوهشگران به‌تازگی کشف کرده‌اند پروتئین‌هایی که وظیفه حفظ پایداری ساختاری کروموزوم‌ها را بر عهده دارند، می‌توانند تغییر جهت بدهند و DNA را بازآرایی می‌کنند. این کشف می‌تواند تأثیرات بزرگی بر تحقیقات در زمینه بیماری‌های مرتبط با ژن داشته باشد.

به گزارش Scitechdaily، دانشمندانی از دانشگاه دلفت، مرکز زیست‌شناسی وین و دانشگاه لوزان کشف کرده‌اند ماشین‌های پروتئینی به نام پروتئین‌های SMC که وظیفه شکل‌دهی به DNA را برعهده دارند، می‌توانند جهت حرکت خود را تغییر دهند.

پیشتر تصور می‌شد موتورهای SMC که با نزدیک‌کردن بخش‌های مختلف DNA به یکدیگر، ساختارهایی شبیه حلقه ایجاد می‌کنند که فقط قادر به حرکت در یک جهت باشند. این کشف شگفت‌انگیز بینش‌های ارزشمندی درباره چگونگی سازماندهی ژنوم و تنظیم فعالیت ژن‌ها ارائه می‌دهد.

«رومن بارت»، نویسنده اصلی این پژوهش، توضیح می‌دهد:

«گاهی، سلول باید سریع تصمیم بگیرد کدام ژن‌ها باید فعال شوند و کدام‌یک غیرفعال بمانند؛ مثلاً در واکنش به غذا، الکل یا گرما. برای روشن و خاموش‌کردن ژن‌ها، سلول‌ها از موتورهای حفظ ساختار کروموزوم (SMC) استفاده می‌کنند که مانند کلید عمل کرده و بخش‌های مختلف DNA را به هم متصل می‌کنند.

ماشین‌های SMC به‌طور طبیعی نمی‌دانند کدام بخش‌های DNA را باید به هم متصل کنند. آنها صرفاً در نقطه‌ای از DNA شروع به فعالیت کرده و آن را به‌شکل حلقه شکل می‌دهند، تا زمانی که به نقطه‌ای برسند که مجبور به توقف شوند؛ به همین دلیل، ماشین‌های SMC وابستگی زیادی به توانایی خود برای جستجو در هر 2 طرف DNA دارند تا علائم توقف مناسب را پیدا کنند.»

کشف راز پروتئین‌های SMC و نقش آنها در DNA
تصویر نشان می‌دهد که DNA توسط یک موتور SMC به نام کوهسین (به رنگ بنفش/آبی) به‌شکل حلقه تا می‌شود.
این تصویر نشان می‌دهد DNA را موتور SMC به نام کوهسین (به رنگ بنفش/ آبی) به‌شکل حلقه تا می‌کند. بخش بنفش موتور (که با برچسب قرمز/ سبز مشخص شده) زیرواحد پروتئینی NIPBL است که مانند دسته‌دنده عمل می‌کند و جهت حرکت را تغییر می‌دهد.
بیوفیزیک‌دانان دانشگاه دلفت دریافته‌اند برخلاف باور قبلی، موتورها‌ی SMC می‌توانند جهت حرکت خود را تغییر دهند. این پژوهش توانسته ابهامات زیادی درباره‌ نظریه‌های مختلف و متناقض درباره نحوه عملکرد موتورها‌ی SMC حل کند.

تحقیقات اولیه نشان می‌داد موتورها‌ی SMC فقط می‌توانند در جهتی خاص حرکت کنند، درحالی‌که تحقیقات دیگر پیشنهاد می‌کردند این موتورها DNA را هم‌زمان از هر دو طرف می‌کشند.

پروفسور «سیس دکر» از دانشگاه دلفت که سرپرستی این پژوهش را برعهده داشته، توضیح می‌دهد:

«آزمایش‌های ما نشان می‌دهند ماشین‌های SMC موقت DNA را از یک سمت می‌کشند سپس جهت خود را تغییر داده و DNA را از سمت دیگر می‌کشند. با این کار، می‌توانند به‌مرور DNA را از هر 2 طرف به‌صورت حلقه درآورند. دریافتیم این رفتار در تمام انواع موتورها‌ی SMC که تعداد آنها بسیار زیاد است، صدق می‌کند.»

او افزود: «می‌توان این فرایند را به گیربکس خودرو تشبیه کرد: با دسته‌دنده دستی، می‌توان خودرو را به جلو یا عقب حرکت داد. ما حتی دسته‌دنده را شناسایی کردیم. این دسته‌دنده، زیرواحد پروتئینی NIPBL است که در موتور پروتئینی SMC کوهسین وجود دارد.»

تصویر نشان می‌دهد که DNA توسط یک موتور SMC به نام کوهسین (به رنگ بنفش/آبی) به‌شکل حلقه تا می‌شود.
در این تصویر شماتیک، زنجیر نشان‌دهنده DNA است که توسط ماشین SMC به‌شکل حلقه تا می‌شود. بخش‌های دارای برچسب قرمز و سبز، دسته‌دنده‌های NIPBL هستند که جهت ماشین را تغییر می‌دهند.
پژوهشگران از میکروسکوپ پیشرفته دست‌ساز برای کشف دنده معکوس در موتورها‌ی SMC استفاده کردند که می‌تواند پروتئین‌های منفرد را روی مولکول‌های DNA جداگانه مشاهده کند. این خود دستاوردی فوق‌العاده محسوب می‌شود.

بارت دراین‌باره توضیح می‌دهد:

«سلول منفرد شامل میلیون‌ها پروتئین است و بدن انسان از تریلیون‌ها سلول تشکیل شده است. استخراج تعداد اندکی پروتئین و توانایی مشاهده تک‌تک آنها، شاهکاری برجسته در فناوری نانو به شمار می‌رود که شامل تصویربرداری در مقیاس نانومتر است؛ یعنی 100 هزار برابر کوچک‌تر از عرض موی انسان!»

درک عملکرد موتورها‌ی مولکولی SMC؛ راهی برای درمان بیماری‌ها
بارت می‌گوید: «زمانی که بفهمیم چگونه موتورها‌ی مولکولی SMC ساختار DNA را شکل می‌دهند، می‌توانیم بررسی کنیم که در بیماری‌هایی مانند سرطان و بیماری‌های زوال عصبی (Neurogenerative diseases) چه مشکلی رخ می‌دهد و مهم‌تر از آن، چگونه می‌توان این مشکلات را اصلاح کرد.»

وی افزود: «برای مثال، بیماری‌های زوال عصبی می‌توانند نتیجه تنظیم نادرست ژن‌ها در مراحل اولیه بارداری باشند. چندین بیماری شدید، مانند «سندرم کورنلیا دی لانگ»، با موتورها‌ی SMC مرتبط هستند. در این بیماری‌ها، احتمالاً موتورها‌ی SMC در سلول‌های جنین نمی‌توانند به‌درستی جهت خود را تغییر دهند.»

به گفته بارت، یافتن شباهت‌ها میان موتورها‌ی SMC کمک می‌کند تحقیقات در زمینه SMC متمرکز و منظم‌تر از قبل انجام شود:

«دیگر نیازی نیست برای هر نوع پروتئین SMC مکانیسم جدیدی را جستجو کنیم. این امر همچنین پیشرفت در علم کاربردی را تسریع می‌کند. خوشحال می‌شوم این دانش به شرکت‌های داروسازی، بیمارستان‌ها و درنهایت مطب‌های پزشکان منتقل شود.»