به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، فاکتورهای رونویسی (TFs) پروتئین‌هایی هستند که به توالی‌های DNA خاصی متصل می‌شوند و رونویسی اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA پیام رسان (mRNA) را تنظیم می‌کنند. این پروتئین‌ها نقشی اساسی در تنظیم بیان ژن ایفا می‌کنند که به نوبه خود بر طیف وسیعی از فرآیندهای بیولوژیکی و عملکردهای مغز تأثیر می‌گذارد. در حالی که TFs موضوع مطالعات تحقیقاتی متعددی بوده است، دینامیک اتصال آن‌ها در بافت انسانی هنوز به خوبی شناخته نشده است. روشن کردن این پویایی‌های پیوندی می‌تواند به درک بهتر چگونگی کمک بیان ژن‌های مختلف به ایجاد بیماری‌های خاص، از جمله اختلالات عصبی و روانی کمک کند.

درباره مطالعه

محققان در موسسه بیوتکنولوژی هادسون آلفا ، دانشگاه کالیفرنیا-ایرواین و دانشگاه میشیگان اخیراً مطالعه‌ای را با هدف بررسی بیشتر سهم TFs در بیان ژن و عملکرد مغز انجام دادند. مقاله آن‌ها که در نشریه Nature Neuroscience منتشر شده است، بزرگترین مجموعه داده اتصال TF را ارائه می‌دهد که تاکنون گردآوری شده است، بنابراین فرصت‌های هیجان انگیز جدیدی را برای تحقیق باز می‌کند. دکتر ریچارد مایرز، نویسنده مسئول مقاله، گفت:" این پروژه ناشی از علاقه دیرینه من، از زمان تحصیلات تکمیلی در اواخر دهه 1970، به درک چگونگی خاموش و روشن شدن ژن‌ها در انواع مختلف سلول‌ها، در بیماری‌ها، در پاسخ به محیط (از جمله داروها و قرار گرفتن در معرض میکروارگانیسم‌ها) بود.  آزمایشگاه من به ویژه به نقش تنظیم ژن در سیستم عصبی انسان و نقشی که بیان ژن‌های افتراقی در بیماری‌های عصبی و عصبی روانی و همچنین در عملکرد طبیعی مغز ایفا می‌کند علاقه مند است." این مطالعه اخیر در مؤسسه هادسون آلفا توسط دکتر جیکوب لوپ ، اشلین اندرسون و دیگران در آزمایشگاه دکتر مایرز و همچنین محقق دانشکده دکتر گرگ کوپر انجام شد. هدف اصلی آن بررسی نقش TFها بود، پروتئین‌هایی که می‌توانند بخش‌های DNA خاصی را شناسایی کرده و به آن متصل شوند و بیان ژن‌های مجاور را تنظیم کنند. توالی DNA موجود در ژنوم یک فرد در تمام سلول‌های بدن او یکسان است. سهم مهم TF‌ها این است که به تعیین شکل و عملکرد این انواع مختلف سلول کمک می‌کنند. گرگ کوپر ، محقق ارشد هادسون آلفا، گفت: "بسیاری از تحقیقات در مورد بیان ژن در رده‌های سلولی کشت شده انجام شده است که در ظروف پتری در آزمایشگاه رشد می‌کنند. در حالی که این رویکرد برای درک تنظیم ژن بسیار ارزشمند است، مطالعه این سیستم‌ها به طور مستقیم در بافت‌های انسانی ارزش زیادی دارد. با مطالعه سلول‌های انسان از بافت مغز پس از مرگ، ما به دنبال درک بهتری از نحوه تنظیم ژن عملکرد سالم مغز و چگونگی شکل گیری عملکرد مغز هستیم. این اختلالات ممکن است منجر به اختلالات روانپزشکی مانند اسکیزوفرنی و اختلال دوقطبی شود."

نتایج مطالعه

برای مطالعه TFها، محققان از روشی نوآورانه استفاده کردند که توسط آزمایشگاه دکتر مایرز با همکاری دکتر باربارا وولد و همکارانش در هادسون آلفا بود. این تکنیک به عنوان ChIP-seq شناخته می‌شود که مخفف عبارت رسوب ایمنی کروماتین و سپس سکوئنسینگ است. لوپ توضیح داد: " به طور خلاصه، ما از یک آنتی بادی خاص برای هر فاکتور رونویسی برای گرفتن پروتئین از نمونه و جداسازی قطعات DNA متصل به فاکتور رونویسی استفاده می‌کنیم. سپس از ابزارهای اختصاص داده شده به خواندن (توالی) میلیون‌ها قطعه DNA تولید شده استفاده می‌کنیم و از ابزارهای محاسباتی برای تطبیق هر توالی با جایگاهش در ژنوم استفاده می‌کنیم." دکتر مایرز و همکارانش به عنوان بخشی از مطالعه اخیر خود، تکنیک‌های ChiP-seq را در چندین ناحیه تشریح‌ شده مغز با تمرکز بر تقریباً 100 TF اعمال کردند. این به آن‌ها اجازه داد تا نقشه‌ای بسازند که مناطق مغز را در ژنوم مشخص می‌کند که توسط هر TF فعال یا سرکوب می‌شوند. لوپ می‌گوید: " این آزمایش‌ها بر روی 9 ناحیه مختلف مغز، از جمله قشر جلوی مغز، که با عملکردهای شناختی مرتبه بالا مرتبط است، و هیپوکامپ که با حافظه مرتبط است، انجام شد. برای برخی آزمایش‌ها، ما از تکنیکی به نام فلوسیتومتری برای جداسازی انواع سلول‌های مختلف مانند نورون‌ها استفاده کردیم تا بتوانیم تصویر واضح‌تری از تنظیم ژن به دست آوریم. بافت‌های پس از مرگ در این مطالعه سخاوتمندانه از چهار فرد و خانواده‌هایشان از طریق همکاری طولانی مدت با اعضای کنسرسیوم تحقیقات عصبی روانپزشکی پریتزکر در چندین دانشگاه در سراسر ایالات متحده، اهدا شد که بدون آن‌ها این تحقیق نمی‌توانست انجام شود،."

کاربرد این مطالعه

دکتر مایرز و همکارانش علاوه بر کشف چگونگی اتصال پروتئین‌های منفرد به DNA انسان، تجزیه و تحلیل یکپارچه‌ای را انجام دادند و تمام مجموعه داده‌هایی را که جمع‌آوری کردند، ترکیب کردند و مناطقی از مغز را که اتصال پروتئین در آن‌ها فراوان است و همچنین مناطقی که در آن‌ها کمیاب است، شناسایی کردند. آن‌ها دریافتند که نواحی از مغز که فقط با چند TF محدود شده‌اند ممکن است جالب ترین باشند، زیرا در این مناطق حتی یک تغییر کوچک می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر ژن‌های مجاور داشته باشد. مایرز می‌گوید: " ما همچنین سایر مطالعات گسترده ژنومی را که ارتباط نواحی ژنومی ‌با بیماری‌های خاص را اندازه‌گیری می‌کنند، ادغام کرده‌ایم و چندین فاکتور رونویسی را پیدا کرده‌ایم که اشغال آن‌ها به طور قابل‌توجهی برای انواع خطر مرتبط با اختلالات عصبی روان‌پزشکی، عمدتاً در نورون‌ها، غنی شده است. امیدواریم که یافته‌های ما به محققان در یافتن پروتئین‌ها و مسیرهایی که ممکن است به عنوان کاندیدای درمان‌های بالقوه عمل کنند، کمک کند." محققان آزمایش‌های متعددی را بر روی چندین نواحی مغز متعلق به اهداکنندگان مختلف انجام دادند. این در نهایت به آن‌ها اجازه داد تا آنچه را که تا کنون بزرگترین مخزن داده‌های اتصال TF در بافت انسانی است بسازند. مجموعه داده‌ای که آن‌ها گردآوری کردند می‌تواند به زودی منبع ارزشمندی برای دانشمندان در سراسر جهان باشد و به آن‌ها امکان مطالعه TFها، تنظیم ژن و تأثیر آن‌ها بر عملکردهای خاص مغز را می دهد. علاوه بر این، مجموعه داده می‌تواند به آشکارسازی اختلالات خاص در اتصال TF کمک کند که می‌تواند به بیماری‌های خاص و اختلالات روانپزشکی کمک کند. مایرز می‌گوید: " یکی از چالش‌های اساسی در ژنتیک، درک ارتباط بین تنظیم ژن و بیماری است. توانایی فاکتورهای رونویسی برای تشخیص یک توالی DNA خاص و تأثیرگذاری بر ژن‌های مجاور آن‌ها را در درک این ارتباط ضروری می‌کند. یک رویکرد برای درک این مکانیسم، جستجوی تغییرات در مکان‌های اتصال بالقوه در نزدیکی ژن‌های مورد علاقه و استنباط تأثیر آن‌ها بر مسیرها مولکولی پایین دست است."

در نهایت

در حالی که کاوش تغییرات در مکان‌های اتصال نزدیک به ژن‌های مورد علاقه می‌تواند منجر به پیش‌بینی‌های پربار شود، این پیش‌بینی‌ها باید با داده‌های تجربی همراه باشد. به طور خاص، دانشمندان علوم اعصاب همچنین باید تعاملات بین اتصال TF و بیماری را اندازه‌گیری کنند تا تأثیر تغییرات توالی‌های DNA را بر شرکای اتصال احتمالی خود آشکار کنند. مایرز افزود: " در حال حاضر در حال انجام تجزیه و تحلیل عمیق‌تری بر روی داده‌های تولید شده در این مطالعه هستیم تا بررسی کنیم که چگونه تفاوت‌های ژنتیکی بین دو اهداکننده می‌تواند باعث ایجاد تغییرات در اتصال فاکتور رونویسی در سلامت و بیماری شود. علاوه بر این، ما آزمایش‌های بیشتری را در گروهی بزرگتر و متنوع از اهداکنندگان با سابقه اختلالات روانپزشکی مختلف انجام داده‌ایم تا ببینیم آیا نشان‌هایی از فعالیت فاکتور رونویسی مرتبط با وضعیت بیماری وجود دارد یا خیر و چگونه تغییرات خاص در DNA ممکن است منجر به این بیماری شود."

پایان مطلب./