روش جدید چین خوردگی DNA و علائم اپی ژنتیکی را در تک سلولی ترسیم می کند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک روش آزمایشی جدید که توسط محققان دانشکده پزشکی ییل ابداع شده است می تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از چگونگی تأثیر ساختار DNA بر بیماری و رشد داشته باشند.

DNA تقریبا زیربنای تمام عملکردهای سلولی است. اینکه سلول از کدام ژن استفاده می کند به ساختار DNA در هسته بستگی دارد – که هم با تاشوی سه بعدی DNA و هم تغییرات شیمیایی DNA و پروتئین های مرتبط با آن به نام علائم اپی ژنتیک شکل می گیرد.

درک رابطه بین ژنوم سه بعدی و اپی ژنتیک پیامدهایی برای عملکرد و بیماری DNA دارد. با این حال، اکثر روش‌ها برای ترکیب این دو عامل تلاش می‌کنند.

اکنون، روش جدیدی که در Nature Methods منتشر شده است، با ارائه مشخصاتی با وضوح بالا از علائم اپی ژنتیکی و ژنوم سه بعدی در سلول‌های منفرد، نگاهی بی‌نظیر به تعامل بین این دو جنبه از ساختار DNA ارائه می‌کند.

سیوان «استیون» وانگ، دکترای تخصصی ژنتیک در دانشکده پزشکی ییل، می‌گوید: این روش جدید که Epi-PHR نامیده می‌شود، «ظرفیت بی‌سابقه‌ای را برای افرادی ارائه می‌دهد که سؤالات خاصی درباره ژن‌های مورد علاقه دارند». این روش می تواند روزی به محققان کمک کند تا درمان های بهتری برای شرایط ژنتیکی ایجاد کنند.

همه سلول های موجود در یک ارگانیسم دارای DNA یکسانی هستند. با این حال، سلول ها به همه این اطلاعات ژنتیکی به یکباره نیاز ندارند. سلول‌ها بیشتر DNA خود را با پیچیدن مولکول‌های طولانی به دور پروتئین‌هایی به نام هیستون و تا کردن DNA با هیستون‌ها در ساختارهای سه‌بعدی درجه بالاتر بسته‌بندی می‌کنند، در حالی که ژن‌های لازم را برای عمل در دسترس نگه می‌دارند.

علائم اپی ژنتیک - مجموعه‌ای از تغییرات شیمیایی روی هیستون‌ها و DNA که می‌توانند ژن‌ها را روشن و خاموش کنند - بیشتر کنترل می‌کنند که سلول به چه DNA دسترسی دارد. مشخصات اپی ژنتیک و تاشوی سه بعدی DNA به طور جمعی اطلاعات ژنتیکی را که یک سلول استفاده می کند و نحوه عملکرد آن سلول را شکل می دهد.

وانگ توضیح می‌دهد: «اپی ژنوم و ژنوم سه بعدی اساسا بر تمام عملکردهای ژنومی تأثیر می‌گذارند، از جمله، به عنوان مثال، رونویسی، تکثیر DNA و ترمیم آسیب DNA. این می تواند پیامدهای عمده ای برای بیماری داشته باشد. به عنوان مثال، به نظر می رسد تغییرات اپی ژنتیک پشت بسیاری از سرطان ها و بیماری های رشدی باشد.

وانگ می‌گوید: محققان «نیاز دیرینه‌ای به مطالعه ژنوم سه بعدی همراه با اپی ژنوم» دارند. اما گفتن این کار آسان تر از انجام آن است. تکنیک پیشرفته کنونی برای نقشه برداری علائم اپی ژنتیک در سطح تک سلولی، چین خوردگی DNA را در این فرآیند از بین می برد، و درک این که چگونه این تغییرات شیمیایی ساختار DNA را پوشش می دهد را برای محققان دشوار می کند.

روش های دیگر برای ساختار سه بعدی و اپی ژنتیک نمی توانند تغییرات را در سطح تک سلولی یا تک ژنی شناسایی کنند.

برای تغییر این موضوع، وانگ و همکارانش روش جدیدی را با الهام از تکنیکی که توسط محققان در سوئد در سال 2015 برای مطالعه برهمکنش‌های پروتئین و پروتئین توسعه داده شد، توسعه دادند.

در این روش، وانگ و تیمش از دو مولکول به شکل سنجاق سر استفاده کردند که برای اتصال یک علامت اپی ژنتیک یا یک ژن مورد نظر طراحی شده بودند. یک مولکول حامل یک برچسب فلورسنت غیرفعال است. وقتی دو مولکول سنجاق سر در کنار هم قرار می گیرند - برای مثال، وقتی یک اصلاح اپی ژنتیک و یک ژن مستقیما روی هم قرار می گیرند - سنجاق سر باز می شود و برچسب می درخشد.

این روش به محققان امکان می دهد هم اپی ژنوم و هم ژنوم سه بعدی را نقشه برداری کنند. این تیم دریافت که این روش می‌تواند صدها مکان ژنتیکی را در یک سلول مشخص کند و به طور همزمان علائم اپی ژنتیکی مختلف را تشخیص دهد.

این روش را می توان روی بافت نیز اعمال کرد. به عنوان مثال، تیم Epi-PHR را بر روی برشی از هیپوکامپ در مغز آزمایش کردند. این آزمایش شیب ساختارهای اپی ژنتیک و سه بعدی را در نورون ها و سایر سلول ها نشان داد.

یافته‌ها نشان می‌دهد که Epi-PHR می‌تواند سطح جدیدی از وضوح را برای محققانی که عملکردهای جمعی اپی ژنوم و ساختار سه‌بعدی DNA را در سلول‌های منفرد مطالعه می‌کنند، فراهم کند. یا، همانطور که وانگ می گوید، "اگر می خواهید در سطح تک سلولی بدانید چه علامت اپی ژنتیکی در یک ژن وجود دارد و تاشوی سه بعدی آن را ترسیم کنید، این بهترین تکنیک است."

یانبو چن و همکاران، پروفایل سه بعدی غیر مخرب ترکیبی از علائم اپی ژنتیک در سلول های تک، روش های طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41592-026-03253-0

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →