به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، این تحقیق خانواده ژن OBOX را به عنوان تنظیم کننده اصلی شناسایی می‌کند که برای این فعال سازی بسیار مهم است. این ژن‌ها به آنزیم RNA پلیمراز II دستور می‌دهند تا ژن‌های مناسب را در زمان مناسب رونویسی کند و رشد جنین را آغاز کند. این تیم پیشنهاد می‌کند که عملکرد این ژن‌ها برای اطمینان از اینکه این انتقال حیاتی با موفقیت انجام می‌شود، افزون بر سایر وظایف آنهاست. بنابراین در این کار دانشمندان در ایالات متحده و چین نشان می‌دهند که چگونه یک سلول تخمک بارور شده یا زیگوت برنامه ژنتیکی خود را آغاز می‌کند، فرآیندی که به عنوان فعال سازی ژنوم زیگوت شناخته می‌شود. زیرا تاکنون هویت فاکتورهای رونویسی (TFs) که زیربنای فعال سازی ژنوم زیگوت پستانداران در داخل بدن بودند، مبهم باقی مانده بود. این مطالعه در 17 جولای در Nature منتشر شد.

فرایند انتقال ژنوم از تخمک به زیگوت

ادغام گامت‌ها برای تشکیل زیگوت، سفر پیچیده جنین زایی را آغاز می‌کند. اولین تقسیمات زیگوتیک عمدتاً توسط محصولات ژن مادری انجام می‌شود که از قبل در تخمک بارگذاری شده اند. یکی از اولین مراحل در جنین زایی، انتقال از بیان ژنوم مادر به بیان ژنوم جدید زیگوت - انتقال مادر به زیگوتیک (MZT) است. این انتقال برای الگوبرداری و تمایز صحیح جنین ضروری است و شامل تغییرات چشمگیر در سازمان ژنوم، حالت کروماتین، طول چرخه سلولی و پایداری RNA است. بنابرابن انتقال از تخمک، یک نوع سلول بسیار تمایز یافته و متوقف شده، به یک سلول لقاح یافته، فعال از نظر تکاملی، نیازمند تغییرات چشمگیر تقریباً در تمام جنبه‌های فیزیولوژی سلولی است. در آخر اینکه بیدار شدن ژنوم جنینی یک رویداد مهم در رشد اولیه جنین، است، فرآیندی از القای رونویسی در مقیاس بزرگ که فعال‌سازی ژنوم زیگوتیک (ZGA) نامیده می‌شود.

مرحله فعال سازی ژنوم زیگوت

ریچارد شولتز، استاد پژوهشی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، دانشکده دامپزشکی و نویسنده مربوطه در این مقاله گفت: مدتی است که مشخص شده است که ژنوم یک سلول تخمک تازه بارور شده غیرفعال است و باید بیدار شود. این مرحله فعال سازی ژنوم زیگوت نامیده می‌شود. شولتز گفت: "برای رشد جنین، تخم/تخمک باید هویت خود را از دست بدهد و این کار را با ساختن مواد جدید انجام می‌دهد." ما اکنون می‌دانیم که اولین گام‌ها در این انتقال چگونه رخ می‌دهد. برای اینکه فرآیند بازنشانی یا بیداری رخ دهد، جنین باید شروع به رونویسی ژن‌هایی از DNA خود به RNA پیام‌رسان کند که به نوبه خود به پروتئین‌ها ترجمه می‌شوند. در این فرایند اولین ژن‌هایی که رونویسی می‌شوند، ژن‌های دیگر را فعال می‌کنند و برنامه‌ای را اجرا می‌کنند که به جنین اجازه می‌دهد به یک موش کامل (یا انسان) تبدیل شود. تاکنون هویت اولین ژن‌های اصلی تنظیم کننده ناشناخته بوده است. شولتز گفت: "این چیزی است که برای مدت طولانی من را متحیر کرده است."

اولین ژن‌های اصلی فعال کننده زیگوت

RNA پلیمراز (Pol II) II) آنزیمی است که DNA را به RNA رونویسی می‌کند. شولتز گفت، اما Pol II به خودی خود یک آنزیم گنگ است. ژن‌های دیگری به نام فاکتورهای رونویسی برای آموزش Pol II مورد نیاز هستند تا ژن‌های «درست» را در زمان مناسب رونویسی کند. در اوایل دهه 2000، شولتز این بینش را داشت که اولین فاکتورهای رونویسی در میان RNA های پیام رسان مادر در سلول تخمک یافت می‌شوند. RNAهای پیام رسان مادری خفته منحصر به تخمک هستند، زیرا RNA پیام رسان تازه سنتز شده آنطور که در سلول‌های سوماتیک وجود دارد ترجمه نمی‌شود. همانطور که تخمک بالغ می‌شود و تبدیل به تخم می‌شود، این RNA‌های پیام رسان مادری خفته به پروتئین ترجمه می‌شوند و سپس عملکرد خود را انجام می‌دهند. شولتز متوجه شد که اطلاعات برای شروع فعال‌سازی ژنوم زیگوت درون یک RNA پیام‌رسان غیرفعال از مادر است که فاکتور اصلی رونویسی را رمزگذاری می‌کند.

OBOX1-8 به عنوان نامزد مشخص شد

آزمایشگاه شولتز که در دانشگاه پنسیلوانیا با پائولا استاین (یکی از اعضای ارشد آزمایشگاه او و اکنون در موسسه ملی علوم بهداشت محیطی کار می‌کند)، خانواده بزرگی از ژن‌ها به نام OBOX را به عنوان کاندیدای احتمالی شناسایی کرد. این خانواده از 8 ژن OBOX1-8 تشکیل شده است. بر اساس نمایه‌های بیان آنها در طول توسعه اولیه، OBOX1، 2، 3، 4، 5، و 7 نامزدهای احتمالی بودند. آنها شروع به همکاری با وی ژی در دانشگاه Tsinghua، پکن برای محدود کردن نامزدها کردند. تیم Xie با کار با موش‌های آزمایشگاهی توانست همه نامزدهای احتمالی را از بین ببرد و سپس به طور سیستماتیک ژن‌های OBOX را بازیابی کند تا مشخص شود کدام یک برای فعال‌سازی ژنوم زیگوت حیاتی است. زیرا بدون این ژن‌ها، رشد جنین در مرحله دو تا چهار سلولی متوقف می‌شود. جالب‌ترین و غیرقابل‌انتظارترین اتفاق این بود که عملکرد این ژن‌های OBOX بسیار زائد بود: زیرا حذف یکی از آنها می‌توانست با دیگری جایگزین شود. شولتز گفت که این افزونگی به احتمال زیاد تکامل یافته است زیرا فرایند انتقال بسیار مهم است. علاوه بر این، محققان دریافتند که ژن‌های OBOX با تسهیل مکان‌یابی Pol II در ژن‌های صحیح برای شروع فعال‌سازی ژنوم زیگوت عمل می‌کنند.

زمان فعال شدن ژنوم در موجودات فرق می‌کند

با توجه به اینکه ژن OBOX فعال سازی ژنوم زیگوت موش و رشد اولیه این موجود را تنظیم می‌کند. در اینجا، ما نشان دادیم که OBOX، خانواده TF دامنه homeobox مانند PRD (OBOX1-8)، تنظیم کننده‌های کلیدی ZGA  در موش هستند. موش‌هایی که فاقد Obox1/2/5/7 رونویسی شده توسط مادر و Obox3/4 بیان شده از طریق زیگوت بودند، یک توقف سلولی 2-4 همراه با اختلال ZGA داشتند. از طرفی مشاهده شد که OBOX مادر و زیگوت به طور مضاعف از رشد جنینی پشتیبانی می‌کند ، زیرا نقص Obox KO می‌تواند با بازیابی هر یک از آنها نجات یابد. در موش‌ها، فعال شدن ژنوم در مرحله دو سلولی اتفاق می‌افتد. در جنین انسان، بعداً اتفاق می‌افتد، زمانی که جنین چندین دور تقسیم را طی کرده و هشت سلول را تشکیل می‌دهد. یک سوال باز این است که چقدر این فرآیند در بین گونه‌ها حفظ شده است، یعنی آیا ژن‌های OBOX مانند در فعال‌سازی ژنوم در انسان نقش دارند. این کار همچنین پیامدهایی برای درک چگونگی برنامه ریزی مجدد سلول‌های بنیادی جنینی دارد تا بتوانند به هر بافتی از بدن تبدیل شوند.

پابان مطلب/.