به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، فعال‌سازی ژنوم زیگوتیک (ZGA) اولین رویداد رونویسی در زندگی است. با این حال، مشخص نیست که چگونه RNA پلیمراز در شروع ZGA در پستانداران درگیر است. در واقع در فرایند فعال‌سازی ژنوم زیگوتیک (ZGA) ژنوم ساکن فعال می‌شود تا انتقال پیام ژنوم مادر به زیگوتیک را فعال کند. با این حال، هویت عوامل رونویسی که زیربنای ZGA پستانداران در داخل بدن هستند، تاکنون مبهم باقی مانده بود. در همین راستا این تحقیق خانواده ژن OBOX را به عنوان تنظیم کننده اصلی شناسایی می‌کند که هم برای فعال سازی مجدد زیگوت و هم برای رشد جنین بسیار مهم است. در واقع 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، افزونگی عملکرد این ژن‌ها احتمالاً یک پاسخ تکاملی برای اطمینان از انتقال حیاتی از زیگوت به جنین است. این مطالعه در 17 جولای در ژورنال Nature منتشر شد.

انتقال ژنوم از مادر به زیگوت (MZT)

MZT اولین انتقال عمده در زندگی گیاهان و حیوانات عالی است و به دو فرآیند تقسیم می‌شود: پاکسازی رونوشت‌های مادر و پروتئین‌های رسوب‌شده در سلول تخمک و فعال‌سازی تدریجی رونویسی ژنوم زیگوت. بنابراین، MZT یک دوره است، نه یک نقطه زمانی خاص. اگرچه تعاریف مختلفی از MZT ارائه شده است، مفهوم رایج تر این است که MZT دوره رشد جنینی است که با پاکسازی رونوشت‌های مادری شروع می‌شود، با رونویسی de novo رونوشت‌های زیگوتیک ادامه می‌یابد و با اولین نیاز مورفولوژیکی به رونوشت‌های جدید سنتز شده اصلی پایان می‌یابد. به عبارت دیگر، جنین زایی اولیه از یک فرآیند کنترل شده توسط مادر به یک فرآیند کنترل شده توسط زیگوت انجام می‌شود. سه نقطه زمانی بحرانی در طول MZT مشهود است. ابتدا شروع تخریب رونوشت‌های مادری پس از لقاح، سپس شروع رونویسی ژنوم زیگوت و در نهایت، جایگزینی رونوشت‌های والدین با رونوشت‌های زیگوتیک است. بنابراین MZT برای شروع فرایند تکوین اولیه جنین ضروری است.

فرایند فعال سازی ژنوم زیگوت

ریچارد شولتز، استاد پژوهشی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، دانشکده دامپزشکی و نویسنده مرتبط 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. بدون این ژن‌ها، رشد جنین در مرحله دو تا چهار سلولی متوقف می‌شود.  شولتز گفت: "برای رشد جنین، تخمک/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 واقع 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. هویت اولین ژن‌های اصلی تنظیم کننده تاکنون ناشناخته بوده است. شولتز گفت: "این چیزی است که برای مدت طولانی من را متحیر کرده است."

نقش RNA پلیمراز در فرایند فعال سازی ژنوم

RNA پلیمراز II (Pol II) آنزیمی است که DNA را به RNA رونویسی می کند. 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. RNA های پیام رسان مادری در ابتدا در تخمک خفته 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 تخمک 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 در یک RNA پیام‌رسان غیرفعال از مادر است که فاکتور اصلی رونویسی را رمزگذاری می‌کند.

معرفی ژن OBOX1-8

برای این فرایند ژن 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 مراحل تکوینی اولیه، OBOX1، 2، 3، 4، 5، و 7 نامزدهای احتمالی بودند. بنابراین در ابتدای کار آنها شروع به همکاری با وی ژی در دانشگاه Tsinghua، پکن برای محدود کردن نامزدهای ژنی 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. لازم به دکر است که بدون این ژن‌ها، رشد جنین در مرحله دو تا چهار سلولی متوقف می‌شود. جالب‌ترین و غیرقابل‌انتظارترین مشاهده با حذف هرکدام از این ژن‌ها  این بود که عملکرد این ژن‌های OBOX بسیار زائد بود: زیرا حذف یک ژن می‌توانست با دیگری جایگزین شود. شولتز گفت که این افزونگی به احتمال زیاد تکامل یافته است زیرا 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.

اهمیت ژن‌های OBOX در فعال‌سازی ژنوم انسان

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.

پایان مطلب/.