به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز به نقل از وب‌سایت رسمی جایزه نوبل؛ امروز در مراسم اعلام جایزه نوبل در استکهلم سوئد، برنده بخش فیزیولوژی یا پزشکی اعلام شد و به ۲ دانشمند به نام‌های «ویکتور آمبروس» و «گری رووکان» برای کشف «میکروآران‌ای» و نقش آن در تنظیم ژن پس از رونویسی رسید.
اطلاعات ذخیره شده در کروموزوم‌های ما را می‌توان به یک کتابچه راهنمای دستورالعمل برای تمام سلول‌های بدن تشبیه کرد. هر سلول حاوی کروموزوم‌های یکسانی است، بنابراین هر سلول دقیقاً مجموعه‌ای از ژن‌ها و دقیقاً مجموعه دستورالعمل‌های مشابهی دارد. با این حال، انواع مختلف سلول، مانند سلول‌های ماهیچه‌ای و عصبی، ویژگی‌های بسیار متمایز دارند. پس چگونه این تفاوت‌ها به وجود می‌آیند؟ پاسخ در تنظیم ژن نهفته است که به هر سلول اجازه می‌دهد فقط دستورالعمل‌های مربوطه را انتخاب کند. این امر تضمین می‌کند که فقط مجموعه صحیح ژن‌ها در هر نوع سلول فعال شود.
ویکتور آمبروس و گری رووکان به چگونگی رشد انواع مختلف سلول علاقه‌مند بودند. آنها microRNA را کشف کردند که دسته جدیدی از مولکول‌های RNA کوچک هستند و نقش مهمی در تنظیم ژن ایفا می‌کنند. کشف پیشگامانه آنها یک اصل کاملاً جدید در تنظیم ژن را آشکار کرد که معلوم شد برای موجودات چند سلولی از جمله انسان ضروری است. اکنون مشخص شده است که ژنوم انسان بیش از هزار میکروآران‌ای را کد می‌کند. کشف غافلگیرکننده آنها بعد کاملاً جدیدی را در تنظیم ژن آشکار کرد. ثابت شده است که میکروآران‌ای‌ها برای چگونگی رشد و عملکرد موجودات زنده بسیار مهم هستند.
مقررات اساسی
جایزه نوبل امسال بر کشف یک مکانیسم تنظیمی حیاتی که در سلول‌ها برای کنترل فعالیت ژن استفاده می‌شود، تمرکز دارد. اطلاعات ژنتیکی از دی‌ان‌ای به پیام‌رسان آران‌ای -که همان mRNA است- از طریق فرآیندی به نام رونویسی و سپس به دستگاه سلولی برای تولید پروتئین جریان می‌یابد. در آنجا میکروآران‌ای‌ها ترجمه می‌شوند تا پروتئین‌ها مطابق دستورالعمل‌های ژنتیکی ذخیره شده در دی‌ان‌ای ساخته شوند. از اواسط قرن بیستم، چندین مورد از بنیادی‌ترین اکتشافات علمی نحوه عملکرد این فرآیندها را توضیح داده‌اند.
بیشتر بخوانید:
نوبل ۲۰۲۴؛ بارقه‌ای از امید در جهانی پر از بحران و جنگ
اندام‌ها و بافت‌های ما از انواع مختلف سلولی تشکیل شده‌اند که همگی دارای اطلاعات ژنتیکی یکسانی هستند که در دی‌ان‌ای آنها ذخیره شده است. با این حال، این سلول‌های مختلف مجموعه‌های منحصر به فردی از پروتئین‌ها را بیان می‌کنند. اما چگونه ممکن است؟ پاسخ در تنظیم دقیق فعالیت ژن نهفته است به طوری که تنها مجموعه صحیح ژن‌ها در هر نوع سلول خاص فعال است. به عنوان مثال، سلول‌های ماهیچه‌ای، سلول‌های روده و انواع مختلف سلول‌های عصبی را قادر می‌سازد تا وظایف تخصصی خود را انجام دهند. علاوه بر این، فعالیت ژن باید به طور مداوم تنظیم شود تا عملکردهای سلولی را با شرایط متغیر بدن و محیط سازگار کند. اگر تنظیم ژن اشتباه شود، می‌تواند منجر به بیماری‌های جدی مانند سرطان، دیابت یا خودایمنی شود. بنابراین، درک تنظیم فعالیت ژن یک هدف مهم برای چندین دهه بوده است.
تصویر بالا جریان اطلاعات ژنتیکی از دی‌ان‌ای به میکروآران‌ای و پروتئین‌ها را نشان می‌دهد. اطلاعات ژنتیکی یکسان در دی‌ان‌ای تمام سلول‌های بدن ما ذخیره می‌شود. این امر مستلزم تنظیم دقیق فعالیت ژن است به طوری که تنها مجموعه صحیح ژن‌ها در هر نوع سلول خاص فعال باشد.
در دهه ۱۹۶۰، نشان داده شد که پروتئین‌های تخصصی، که به عنوان فاکتورهای رونویسی شناخته می‌شوند، می‌توانند به مناطق خاصی در دی‌ان‌ای متصل شوند و با تعیین اینکه کدام میکروآران‌ای‌ها تولید می‌شوند، جریان اطلاعات ژنتیکی را کنترل کنند. از آن زمان، هزاران عامل رونویسی شناسایی و برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که اصول اصلی تنظیم ژن حل شده است. با این حال، برندگان جایزه نوبل امسال در سال ۱۹۹۳ یافته‌های غیرمنتظره‌ای را منتشر کردند که سطح جدیدی از تنظیم ژن را توصیف می‌کرد و معلوم شد در طول تکامل بسیار مهم و حفظ شده است.
تحقیقی که از یک کرم کوچک شروع شد
در اواخر دهه ۱۹۸۰، ویکتور آمبروس و گری رووکان در آزمایشگاه رابرت هورویتز - که در سال ۲۰۰۲ جایزه نوبل را دریافت کرد- در کنار سیدنی برنر و جان سولستون، همراهان فوق دکتری بودند. آنها در این آزمایشگاه یک کرم گرد نسبتاً ساده به طول یک میلی‌متر به نام «کرم الگانس» را مطالعه کردند.
این کرم علیرغم اندازه کوچکش دارای انواع سلول‌های تخصصی بسیاری مانند سلول‌های عصبی و ماهیچه‌ای است که در حیوانات بزرگ‌تر و پیچیده‌تر نیز یافت می‌شود و آن را به مدلی مفید برای بررسی چگونگی رشد و بلوغ بافت‌ها در موجودات چند سلولی تبدیل می‌کند.
آمبروس و رووکان به ژن‌هایی علاقه‌مند بودند که زمان فعال‌سازی برنامه‌های ژنتیکی مختلف را کنترل می‌کنند و اطمینان می‌دهند که انواع سلول‌های مختلف در زمان مناسب رشد می‌کنند. آنها ۲ گونه جهش یافته از کرم‌ها را مورد مطالعه قرار دادند که نقص‌هایی را در زمان فعال شدن برنامه‌های ژنتیکی در طول توسعه نشان دادند.
برندگان این جایزه می‌خواستند ژن‌های جهش یافته را شناسایی کنند و عملکرد آنها را درک کنند. آمبروس قبلا نشان داده بود که به نظر می‌رسد ژن lin-۴ تنظیم کننده منفی ژن lin-۱۴ باشد. با این حال، چگونگی مسدود شدن فعالیت lin-۱۴ ناشناخته بود. آمبروس و رووکان مجذوب این جهش یافته‌ها و رابطه بالقوه آنها شدند و تصمیم گرفتند از این اسرار رمزگشایی کنند.
ویکتور آمبروس پس از تحقیقات فوق دکتری خود، جهش یافته lin-۴ را در آزمایشگاه تازه تاسیس خود در دانشگاه هاروارد تجزیه و تحلیل کرد. نقشه‌برداری روشی امکان شبیه‌سازی ژن را فراهم کرد و منجر به یک یافته غیرمنتظره شد. ژن lin-۴ یک مولکول آران‌ای غیرمعمول کوتاه تولید کرد که فاقد کدی برای تولید پروتئین بود. این نتایج شگفت‌انگیز نشان می‌دهد که این آران‌ای کوچک از lin-۴ مسئول مهار lin-۱۴ است. چگونه ممکن است این کار کند؟
همزمان، گری رووکان تنظیم ژن lin-۱۴ را در آزمایشگاه تازه تاسیس خود در بیمارستان عمومی ماساچوست و دانشکده پزشکی هاروارد بررسی کرد. برخلاف نحوه عملکرد تنظیم ژن، رووکان نشان داد که تولید میکروآران‌ای از lin-۱۴ نیست که توسط lin-۴ مهار می‌شود. به نظر می‌رسد که این تنظیم در مرحله بعدی در فرآیند بیان ژن، از طریق توقف تولید پروتئین، رخ می‌دهد.
آزمایش‌ها همچنین بخشی را در lin-۱۴ میکروآران‌ای نشان دادند که برای مهار آن توسط lin-۴ ضروری بود. این ۲ برنده یافته‌های خود را با هم مقایسه کردند که منجر به کشفی بزرگ شد. توالی کوتاه Lin-۴ با توالی‌های مکمل در بخش بحرانی lin-۱۴ میکروآران‌ای مطابقت داشت. آمبروس و رووکان آزمایش‌های بیشتری را انجام دادند که نشان می‌داد lin-۴ میکروآران‌ای با اتصال به توالی‌های مکمل موجود در میکروآران‌ای خود، لین ۱۴ را خاموش و تولید پروتئین لین ۱۴ را مسدود می‌کند. در واقع، یک اصل جدید تنظیم ژن، با واسطه نوعی آران‌ای ناشناخته قبلی، microRNA، کشف شد! نتایج در سال ۱۹۹۳ در دو مقاله در مجله Cell منتشر شد.
نتایج منتشر شده در ابتدا با سکوت تقریبا کر کننده جامعه علمی مواجه شد. اگرچه نتایج جالب بودند، اما مکانیسم غیرمعمول تنظیم ژن به عنوان یک ویژگی خاص کرم الگانس در نظر گرفته شد که احتمالاً به انسان و سایر حیوانات پیچیده‌تر ارتباطی ندارد. این تصور در سال ۲۰۰۰ تغییر کرد؛ زمانی که گروه تحقیقاتی رووکان کشف خود را از یک میکروآران‌ای دیگر که توسط ژن let-۷ رمزگذاری شده بود، منتشر کردند. برخلاف لین ۱۴، ژن لت ۷ به شدت حفظ شده بود و در سراسر قلمرو حیوانات وجود داشت. این مقاله علاقه زیادی را برانگیخت و در طول سال‌های بعد، صدها میکروآران‌ای مختلف شناسایی شدند. امروزه می‌دانیم که بیش از هزار ژن برای میکروآران‌ای مختلف در انسان وجود دارد و تنظیم ژن توسط میکروآران‌ای در میان موجودات چند سلولی جهانی است.
آران‌ای‌های کوچک با اهمیت فیزیولوژیکی عمیق
تنظیم ژن توسط میکروآران‌ای که برای اولین بار توسط آمبروس و رووکان آشکار شد، صدها میلیون سال است که کار می‌کند. این مکانیسم تکامل ارگانیسم‌های پیچیده‌تر را امکان‌پذیر کرده است. ما از تحقیقات ژنتیکی می‌دانیم که سلول‌ها و بافت‌ها بدون میکروآران‌ای به طور طبیعی رشد نمی‌کنند. تنظیم غیرطبیعی توسط میکروآران‌ای می‌تواند به سرطان کمک کند و جهش‌هایی در ژن‌های کدکننده میکروآران‌ای در انسان یافت شده است که باعث ایجاد شرایطی مانند کم‌شنوایی مادرزادی، اختلالات چشمی و اسکلتی می‌شود. جهش در یکی از پروتئین‌های مورد نیاز برای تولید میکروآران‌ای منجر به سندرم DICER۱ می‌شود که یک سندرم نادر، اما شدید است که با سرطان در اندام‌ها و بافت‌های مختلف مرتبط می‌شود.
به طور کلی می‌توان گفت که کشف اصلی آمبروس و رووکان در کرم کوچک الگانس غیرمنتظره بود و بعد جدیدی را برای تنظیم ژن آشکار کرد که برای همه اشکال پیچیده حیات ضروری است.
انتهای پیام/
نظر شما