دکتر مجازی

چگونه ریتم شبانه‌روزی ساختار کروماتین را تنظیم می‌نماید

زیست شناسان و متخصصان ژنتیک مرکز EPFL این موضوع را کشف نموده اند که چگونه ریتم شبانه‌روزی (سیرکادیان)، چرخه ی حدودا 24 ساعته بیان ژن را از طریق تنظیم ساختار کروماتین انجام می دهد. نتایج این پژوهش در مجله Genes & Development منتشر شده است.ریتم سیرکادیان یک نوع ساعت زیستی بدن محسوب می شود که الگوی فعالیت حدودا 24 ساعته ما را مشخص می کند. از نظر بیولوژیست ها، ریتم سیرکادیان کل طیف پروتئین های موجود در بدن ما را تحت تاثیر قرار داده و آنها را در خواب و بیداری تنظیم می نماید.

در داخل سلول، DNA متصل به نوار پیچ و تاب خورده ای بنام کروماتین می باشد. ساختار کروماتین از DNA در مقابل آسیب های خارجی محافظت نموده و همچنین در تنظیم بیان ژن ها نیز دخالت دارد. پیچ و تاب DNA به مناطق خاصی از رشته، اجازه راه‌اندازی رونویسی و تولید یا عدم تولید پروتئین را صادر می نماید که اصطلاحا به آن “راه‌انداز” (Promoters)  میگویند. همچنین بخش هایی در داخل رشته وجود دارند که به آنها “تقویت کننده” (Enhancer) گفته می شود چون در تنظیم بیان ژن دخالت دارند.


مقاله‌ی مرتبط: به بهانۀ جایزۀ نوبل امسال در پزشکی؛ ساعت بیولوژیک چگونه کار می‌کند؟


متخصصان ژنتیک بسیار کنجکاوند که در مورد فرایند “حلقه عملکرد راه‌انداز-تقویت کننده” و چگونگی تولید پروتئین برای منطقه ای خاص در زمانی خاص، بیشتر بدانند. با این حال، دانسته های ما از اینکه تنظیم ریتم سیرکادیان چه تاثیری بر بیان ژن با توجه به ساعات شبانه-روز دارد، بسیار اندک است. سوال اصلی اینجاست که آیا “حلقه عملکرد راه‌انداز-تقویت کننده” در طول شبانه روز تغییراتی دارد یا خیر؟

آزمایشگاه فلیکس نایف در EPFL به تازگی ارتباطی میان حلقه عملکرد پیش رونده-تقویت کننده با ریتم سیرکادیان یافته است. دانشمندان به منظور انجام اینکار، از تکنیک 4c-seq) Circular Chromosome Conformation Capture)، بر روی کبد و کلیه موش استفاده نمودند. زیرا این تکنیک به آنها در تجزیه و تحلیل ساختار کروماتین و تمام مناطقی از ژنوم که با مناطق مورد نظر آنها در تعامل بود، کمک می کرد.

این مطالعه نشان داد که “حلقه عملکرد راه‌انداز-تقویت کننده” با ریتم شبانه‌روزی در موش های سالم در مقایسه با موش هایی که ریتم شبانه‌روزی آنها مختل شده بود، تعاملات پیوسته و محکمی داشتند. محققین عنصر تقویت کننده دیستال DNA را که حاوی دستور العمل برای رونویسی Cryptochrome 1 بود، غیر فعال نمودند. این ژن مسئول تولید پروتئینی به منظور حفظ ریتم روزانه در بدن می باشد. همین اصطلاح کوچک موجب توقف تعاملات پیوسته و محکم میان حلقه عملکرد راه‌انداز-تقویت کننده با ریتم شبانه‌روزی در بدن، کاهش فرکانس روزانه در رونویسی ژن ها و حتی کوتاه شدن فعالیت موش ها در ساعات روز شد.


مقاله مرتبط: ژن شب‌زنده‌داران شناسایی شد


این اولین مستندیست که نشان می دهد جهش در منطقه ای از ژنوم که غیر کد کننده است، می تواند بر فعالیت هایی که با توجه به ریتم شبانه‌روزی انجام می شود، تاثیر بگذارد. یافته ها حاکی از این موضوع است که حلقه عملکرد راه‌انداز-تقویت کننده توسط ریتم شبانه‌روزی کنترل می شود. فلیکس نایف می گوید:

جالب تر از همه این بود که وقتی ما بر روی ژن Glycogen Synthase 2 مطالعه می‌کردیم، متوجه شدیم که ریتم شبانه‌روزی در اینجا نیز حکمفرماست. این ژن برای ذخیره‌سازی کربوهیدرات در کبد و تنظیم هومئوستاز قند خون ضروریست. پس با وجود این تفاسیر، متوجه می شویم که حلقه عملکرد ریتم شبانه‌روزی برای عملکرد فیزیولوژیک کبد ضروری می باشد.

محققین بعدی می‌توانند بر روی بافت‌های دیگری از موش و تاثیر تغییرات ریتم شبانه‌روزی بر کروماتین، مطالعه کنند. همچنین مطالعه بر روی بیماری های مرتبط با ریتم سیرکادیان نیز توصیه می‌شود.