اكتشف علماء سالك مصانع البروتين مخبأة في جينات القفز البشرية

اكتشف علماء سالك مصانع البروتين مخبأة في جينات القفز البشرية

لا جولا - اكتشف العلماء منبعًا غير معروف من قبل للتنوع الجيني في البشر والشمبانزي ومعظم الرئيسيات الأخرى. ينشأ هذا التنوع من مكون جديد لأقسام متجولة من الشفرة الجينية تُعرف باسم الجينات القافزة.

في بحث نُشر في 22 أكتوبر 2015 في الموبايل ، أفاد علماء سالك العثور على الحمض النووي للإنسان والشمبانزي مليء بتسلسلات من الشفرة الجينية أطلقوا عليها اسم ORF0 ، والتي تنتشر في جميع أنحاء الجينوم على الجينات القافزة. قد تنتج متواليات ORF0 مئات أو حتى آلاف البروتينات غير المعروفة سابقًا.

اكتشف باحثو سالك مكونًا جينيًا جديدًا ، يسمى ORF0 ، ينتشر في جميع أنحاء الحمض النووي للإنسان والشمبانزي ومعظم الرئيسيات الأخرى. تُظهر هذه الصورة مواقع ORF0 على الكروموسومات البشرية والشمبانزي.

اضغط هنا للحصول على صورة عالية الدقة.

الصورة: بإذن من معهد سالك للدراسات البيولوجية

تشير وفرة حالات ORF0 في الجينوم البشري إلى أنها لعبت - ولا تزال تلعب - دورًا مهمًا في التنوع التطوري والمرونة من خلال العمل كآلية لتوليد بروتينات جديدة. قد يسلط اكتشاف مصانع البروتين المتنقلة هذه الضوء أيضًا على أصول الطفرات الجينية المسؤولة عن السرطان والاضطرابات العقلية وأمراض أخرى.

"يُظهر هذا الاكتشاف أن الجينات القافزة تعد مصدرًا للتباين في جينوم الرئيسيات أكثر أهمية مما كنا نظن ، سواء كنت تنظر إلى مستوى الأنواع المختلفة أو الأشخاص المختلفين أو حتى الخلايا المختلفة داخل جسم الفرد ،" صدئ غيج، كبير مؤلفي الورقة وأستاذ في Salk's مختبر علم الوراثة.

مع تسلسل الجينوم البشري ، أصبح من الواضح أن الجينات القافزة - العناصر الوراثية المتنقلة التي اكتشفتها باربرا مكلينتوك لأول مرة في الذرة في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي - كانت موجودة أيضًا ونشطة للغاية أثناء التطور البشري. نتج حوالي نصف الجينوم البشري عن تسلسل الشفرة الجينية التي نقلت أو أدخلت نسخًا إضافية من نفسها في جميع أنحاء الجينوم.

تم تسليط الضوء على الأهمية التطورية لقفز الجينات من خلال نتائج دراسة حديثة أخرى قام بها Gage والمتعاونون في جامعة ستانفورد. استخدم البحث تقنيات الخلايا الجذعية التي تم تطويرها في مختبر Gage لاستكشاف كيفية مساهمة الاختلافات في التعبير الجيني في بنية وجه الإنسان والشمبانزي. أشارت النتائج ، التي تم الإبلاغ عنها أيضًا في Cell ، إلى أن الجينات القافزة لعبت دورًا في الانقسام التطوري بين البشر والرئيسيات الأخرى.

في الدراسة الأحدث التي كشفت عن ORF0 ، ركز غيج وزملاؤه على فئة من الجينات القافزة المعروفة باسم عناصر LINE-1 ، والتي تشكل حوالي 17 بالمائة من الجينوم البشري. تحتوي هذه العناصر على جميع الآليات الجينية اللازمة لنقل نفسها وفئات أخرى من الجينات القافزة ، دون مساعدة ، إلى مكان آخر في الجينوم.

في السابق ، كان يُعتقد أن عناصر LINE-1 تحتوي فقط على تسلسلين مشفرين للبروتينات ، المنتج النهائي للجينات التي تؤدي مجموعة واسعة من الأدوار في خلايانا وأعضائنا. تُعرف هذه التسلسلات بإطارات القراءة المفتوحة (ORF) ، ويُعتقد أن التسلسلين المعروفين سابقًا ، ORF1 و ORF2 ، يشتركان في إنتاج بروتينات مهمة للسماح لعناصر LINE-1 بالتحرك في الجينوم.

رستي غيج وأحمد دينلي

اضغط هنا للحصول على صورة عالية الدقة.

الصورة: بإذن من معهد سالك للدراسات البيولوجية

في دراستهم الجديدة ، اكتشف Gage وزملاؤه إطار قراءة ثالثًا مفتوحًا. أطلقوا عليه اسم ORF0 بناءً على موقعه في عنصر LINE-1 بجوار ORF1. وجد العلماء ORF0 في حوالي 3,500 موقع في الحمض النووي للبشر وحوالي 3,000 موقع في الشمبانزي ومعظم جينومات الرئيسيات الأخرى.

إن بنية عناصر LINE-1 هي أنه عندما ينتقل عنصر إلى موقع آخر ، يكون هناك احتمال أن يمتزج تسلسل ORF0 مع التسلسلات الجينية في موقع جديد في DNA. يمكن أن تكون نتيجة التسلسل الجيني الجديد بروتينًا جديدًا. من الناحية التطورية ، يمثل هذا طريقة لتوليد جزيئات جديدة تمامًا يمكن أن تكون مفيدة للأنواع. من ناحية أخرى ، فإن إعادة ترتيب تسلسل ORF0 الموجود أثناء القفز يمكن أن يؤدي إلى طفرة مسببة للمرض.

"هذا الاكتشاف يعيد رسم مخطط لقطعة مهمة من الآلات الوراثية في الرئيسيات ، مضيفًا ترسًا جديدًا تمامًا ،" كما يقول أحمد دينلي ، عالم فريق في مختبر Gage والمؤلف الأول في الورقة البحثية التي أبلغت عن النتائج. "جينات القفز مع ORF0 هي في الأساس مصانع بروتين ذات عجلات ، وعلى مر العصور كان التطور هو الذي يقود الحافلة."

الآن بعد أن حددوا ORF0 في جينوم الرئيسيات ، يقول دينلي إنهم يخططون لتحديد عدد حالات ORF0 التي ترمز فعليًا للبروتينات وللتحقق من الوظيفة التي تخدمها هذه البروتينات.

يخطط الباحثون أيضًا للتحقيق في سلوك ORF0 في أنواع الخلايا والأمراض المختلفة. إنهم مهتمون بشكل خاص باستكشاف دوره في السرطانات والاضطرابات العصبية مثل الفصام ، حيث اقترحت الدراسات السابقة أن الجينات القافزة قد تكون متورطة.

من بين المؤلفين الآخرين في الورقة باحثو معهد سالك إينيغو نارفايزا ، بلال إي.كرمان ، مونيك بينا ، كريستوفر بينر ، ماريا سي إن ماركيتو ، جولين ك.ديدريتش ، آرون أصلانيان ، جياو ما ، جيمس جيه موريسكو ، لين مور ، توني هنتر و آلان ساغاتيليان.

وقد أيد البحث من قبل ليونا م. وهاري بي هيلمسليأطلقت حملة مؤسسة JPB و G. مؤسسة هارولد وليلى واي.ماذرز الخيرية.