کشف ترمیم DNA: چگونه سلول ها از طرح ژنتیکی خود محافظت می کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

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

هر سلول در بدن انسان با یک چالش مزمن مواجه است: محافظت از DNA خود. هر زمان که سلول ها تقسیم می شوند، مواد ژنتیکی آنها باید به طور دقیق کپی شود. اما DNA به طور مداوم مورد حمله قرار می گیرد و زمانی که آسیب ترمیم نشود، می تواند ثبات ژنوم را تهدید کند و به پیشرفت بیماری کمک کند.

اکنون، یک مطالعه جدید به رهبری محققان دانشکده پزشکی دانشگاه اتاوا نشان می دهد که چگونه یک پروتئین تخصصی به سلول ها کمک می کند تا از مواد ژنتیکی خود محافظت کنند. این یافته‌ها که در Science Advances منتشر شده است، با نشان دادن اینکه چگونه جهش‌ها می‌توانند با ماشین‌های مسئول تعمیر DNA تداخل داشته باشند، پیشرفت یک اختلال اسکلتی ارثی نادر را روشن می‌کند.

دکتر ژان فرانسوا کوتور، نویسنده همکار این مطالعه و استاد تمام دانشکده بیوشیمی، میکروبیولوژی و ایمونولوژی (BMI) می‌گوید: «DNA ما دائما در معرض آسیب قرار می‌گیرد، بنابراین سلول‌ها نه تنها برای ترمیم آن به پروتئین‌های تخصصی تکیه می‌کنند، بلکه برای تشخیص مکان و زمان نیاز به این ترمیم نیز متکی هستند».

کار ما نشان می‌دهد که چگونه حتی تغییرات ظریفی که در این شناخت اختلال ایجاد می‌کند، می‌تواند ترمیم DNA را به خطر بیندازد، ثبات ژنوم را تهدید کند و در نهایت به بیماری کمک کند.»

اولین نویسنده این اثر، دکتر حسین داوری نژاد، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه کوتور و برنده جایزه پولانی در فیزیولوژی و پزشکی در سال 2024 است، جایزه ای که به نام جان پولانی برنده جایزه نوبل نامگذاری شده است. دکتر آملی فرادت-ترکوت در دانشگاه لاوال نویسنده همکار این مطالعه است.

در داخل سلول های ما، DNA در اطراف پروتئین هایی به نام هیستون بسته بندی شده است. این پروتئین ها مواد ژنتیکی را سازماندهی می کنند و به تنظیم نحوه دسترسی به آن کمک می کنند. نسخه‌های مختلف هیستون‌ها، که به عنوان انواع شناخته می‌شوند، دارای ویژگی‌های مولکولی متمایز هستند که سایر پروتئین‌ها می‌توانند تشخیص دهند.

مطالعه جدید منتشر شده نشان می دهد که تغییرات شیمیایی در یک نوع هیستون به نام H3.1 نحوه تعامل آن با پروتئین TONSL (که در حفظ یکپارچگی ژنوم نقش دارد) را تنظیم می کند و این فعل و انفعالات نقش مهمی در ترمیم DNA آسیب دیده دارد.

همکاران کشف کردند که این پروتئین ها از چندین پاکت اتصال مولکولی برای تشخیص هیستون ها استفاده می کنند. به جای تکیه بر یک نقطه تماس واحد، جیب ها برای تفسیر سیگنال های شیمیایی متعدد با هم کار می کنند.

تیم همچنین دریافت که دو تا از این پاکت ها تغییرات شیمیایی خاصی را در H3.1 تشخیص می دهند: متیلاسیون در یک موقعیت و استیلاسیون در موقعیت دیگر. این تغییرات با مناطقی از DNA درگیر در تنظیم ژن‌ها مرتبط است و بینش جدیدی را در مورد چگونگی واکنش ماشینی که از DNA محافظت می‌کند به محیط مولکولی آن ارائه می‌دهد.

این یافته ها پیامدهای بالقوه قابل توجهی برای ترمیم DNA و سلامت انسان دارند.

این به این دلیل است که TONSL به هماهنگی ترمیم DNA کمک می کند، به ویژه زمانی که سلول ها برای تقسیم آماده می شوند. محققان دریافتند که جهش در ناحیه ای از پروتئین مرتبط با بیماری به نام دیسپلازی اسپناستریم (اختلال اسکلتی ارثی فوق نادر) توانایی آن را در تشخیص H3.1 ضعیف می کند.

در سلول های انسانی، این پروتئین های تغییر یافته نیز نتوانستند عملکرد طبیعی ترمیم DNA را بازگردانند.

کوتور توضیح می‌دهد: «جهش‌ها توانایی سلول برای هدایت ماشین‌های ترمیم DNA به DNA آسیب‌دیده را مختل می‌کنند، زیرا سلول‌ها برای تقسیم آماده می‌شوند و اجازه می‌دهند آسیب DNA تجمع پیدا کند.

در نهایت، این تیم دریافت که وقتی دستگاه مسئول تشخیص سیگنال‌های مولکولی مناسب از کار بیفتد، سلول‌ها ممکن است برای ترمیم DNA آسیب‌دیده به درستی تلاش کنند. با گذشت زمان، این می تواند ثبات اطلاعات ژنتیکی را به خطر بیندازد.

این تحقیق بر اساس کار قبلی این تیم، یک مطالعه در سال 2022 است که در مجله Science منتشر شده است.

از آن زمان، تیم تحقیقاتی تحقیقات خود را از طریق همکاری‌های جدید گسترش داده است که به آن اجازه می‌دهد فراتر از پروتئین‌های جدا شده حرکت کند و نحوه عملکرد این فعل و انفعالات در سلول‌های زنده انسان و پستانداران را مطالعه کند.

این رویکرد کمک می‌کند تا آشکار شود که چگونه جهش‌ها بر ترمیم DNA در محیطی که این فرآیند به طور طبیعی اتفاق می‌افتد، تأثیر می‌گذارد.

به گفته کوتور و داوری نژاد، تیم همکاران در مرحله بعدی قصد دارند سایر پروتئین های دخیل در ترمیم DNA را بررسی کنند.

داوری نژاد می گوید: «ما علاقه مندیم مطالعات خود را به سایر پروتئین ها در مسیرهای ترمیم DNA گسترش دهیم و مطالعات ساختاری را با قطعات بزرگتر از پازل انجام دهیم.

در نهایت، تیم تحقیقاتی به کشف رمز و رازهای پشت یک اصل بنیادی زیست‌شناسی سلولی کمک می‌کند: حفاظت از DNA نه تنها به ترمیم آسیب بستگی دارد، بلکه به اطمینان از اینکه سلول‌ها تشخیص می‌دهند کجا و چه زمانی تعمیر لازم است، بستگی دارد.

کوتور می‌گوید: «یافته‌های ما توضیحی مولکولی در مورد اینکه چگونه جهش‌ها در TONSL ممکن است به دیسپلازی اسپناستریم کمک کنند، ارائه می‌دهد و به طور گسترده‌تر، به ما کمک می‌کند تا بفهمیم چگونه نقص در ترمیم DNA می‌تواند منجر به بیماری‌های انسانی شود.

حسین داوری نژاد و همکاران، اتصال TONSL/TONSOKU به هیستون H3.1 برای ترمیم DNA مورد نیاز است، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeh3827

اطلاعات مجله: Science Advances , Science

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 →