یکی از بزرگ‌ترین رازهای علوم اعصاب، این است: با توجه به اینکه همه‌ی سلول های بدن دارای ماده‌ی ژنتیک مشترکی هستند، مغز انسان چگونه به بخش‌های مختلف با عملکردهایی متفاوت، تمایز یافته و سلول‌های سایر ارگان‌ها را کنترل می‌کند؟ پاسخ، شاید مربوط به اپی‌ژنوم باشد، برنامه‌ای ژنتیکی که مشخص می‌کند کدام ژن‌ها در کدام محل و چه زمانی، به درستی بیان شوند. محققان در مرکز پلی‌تکنیک ویرجینیا، اخیرا تفاوت‌های چشمگیر اپی‌ژنتیکی را به هنگام مقایسه‌ی سلول‌های قشر پری‌فرونتال و مخچه‌ی موش کشف کرده‌اند.
مقایسه‌ی مخچه و قشر پری‌فرونتال
قشر پری‌فرونتال مغز انسان، مسئول تفکرات منطقی، قضاوت، برنامه‌ریزی، تصمیم‌گیری و کنترل هیجانات است. در مقابل، مخچه مرکز کنترل اعمال ناخودآگاه می‌باشد. به گفته‌ی دکتر جِرِمی شوممان از دانشگاه هاروارد، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که مخچه فعالیت‌های فراتری دارد. او در این باره می‌گوید:
ما دریافتیم که مخچه با ناحیه‌هایی از مغز که سطح بالا هستند، مثل درک فضایی، زبانی و رفتار عاطفی ارتباط نزدیکی دارد. به نظر من این رابطه باعث می‌شود تا مدار مغز بر اساس یک پایه‌ی هومئوستاتیک و ثابت قرار گرفته و رفتار‌های اتوماتیک و غیرشرطی به شکل مطلوب انجام گیرد. سایر بخش‌های مغز انسان نیز دارای عملکرد بهتر و موثرتر خواهد بود.
به گفته‌ی دکتر اَن وست از دانشگاه دوک، آسیب به مخچه باعث اختلالات حرکتی، هوشیاری و مشکلات یادگیری می‌شود. هر گونه شکست در برنامه‌ریزی نواحی مثل مخچه، بر سایر بخش‌های مغز نیز اثرگذار است و باعث اختلالات عصبی مثل اسکیزوفرنی و اوتیسم می‌گردد. رشد و تمایز مغز انسان بسیار پیچیده است، برخی از بخش‌های آن که با قسمت‌های مهم تر به‌هم پیوسته‌اند، بسیار آسیب پذیر می‌باشند. رشد مخچه بعد از تولد صورت می‌گیرد و احتمال آسیب پذیری زیادی در برابر عواملی که مدار کلی مغز را تغییر می‌دهند، دارد. احتمالا پروسه‌های بیولوژیکی مثل تغییرات اپی‌ژنوم، علت اصلی اختلالات ناشی از عدم رشد عصبی و مغزی است.
تفاوت در اصلاح پروتئین‌های هیستون
اپی‌ژنتیک، علمی است که تاثیرات محیطی مثل رژیم غذایی و استرس را بر روی فعال‌سازی یا غیرفعال‌سازی ژن‌ها، بدون تغییر دادن ماده‌ی ژنتیک، مطالعه می‌کند. یکی از این پیراینده‌های اپی‌ژنتیکی، اصلاح پروتئین هیستون می‌باشد. هیستون، پروتئینی است که مثل نگهبان کروموزوم عمل کرده و فعالیت‌شان، زمان، محل و میزان بیان شدن ژن‌ها را تعیین می‌کند. چنگ لو، مهندس شیمی از ویرجینیا تِک، که برادرش مبتلا به اسکیزوفرنی می‌باشد، در مورد مکانیسم‌های مولکولی مغز انسان سالم و بیمار اسکیزوفرنی مطالعه کرد. برای شروع، او می‌خواست تکنیکی خلق کند تا بتوان با آن، نگاه عمیق و دقیق‌تری به اپی‌ژنوم سلول‌های مختلف مغز انسان، در دو بخش متفاوت داشت. متدهای امروزی به نمونه‌هایی نیاز دارند که بسیار بزرگ هستند و نمی‌توان هیستون‌ها را به درستی مشاهده کرد. او با کمک همکاران‌اش، روشی یافت که نمونه‌هایش، تنها سی الی صد سلول نیاز دارد.
مقاله‌ی مرتبط: هوش مصنوعی مانند سلول‌های مغز انسان عمل می‌کند!
اصلاح هیستون، یکی از مراحل مهم و اصلی تنظیم اپی‌ژنومی است. لو و همکاران‌اش با بررسی نشانگرهای فیزیکی مثل پروموتورها، که باعث آغاز رونویسی و تقویت کننده‌ها ، که فرایند رونویسی را سرعت می‌بخشند، اعلام کردند که با استفاده از این روش، می‌توان اینکار را به راحتی انجام داد. آنان کنجکاو بودند تا تفاوت‌ها را در ارتباط بین سلولها در بخش‌های مختلف مغز انسان مشاهده کنند.
لو و همکارانش با استفاده از تکنولوژی اپی‌ژنتیک، به نام SurfaceChIP-Seq، هیستون‌ها را در ژنوم سلول‌های مخچه و قشر پری‌فرونتال موش بررسی کرده و تفاوت‌های زیادی بین پیرایش و قرارگیری هیستون‌ها، مخصوصا در نواحی تقویت‌کننده، مشاهده کردند. مطالعات آنان در Science Advances در هجدهم آوریل ۲۰۱۸ به چاپ رسید.
قطعه‌ی DNA مساوی است، پس تفاوت بین عملکرد، مربوط به اپی‌ژنوم است. اینکار، لیستی از پتانسیل و ویژگی‌های اپی‌ژنتیکی در اختیار ما قرار داد که چگونگی ایجاد بیماری و عملکرد آن را بهتر بفهمیم. این دستگاه امکان مشاهده ی دقیق هر ژنومی را در سطح مولکولی، به ما می‌دهد.
قدمی به سمت جلو
دکتر وِست معتقد است که این تکنولوژی باعث می‌شود تا پیرایش پروتئین هیستون در بخش‌های مختلف مغز انسان، چگونگی تنظیم ژنوم، عملکرد سلول‌های و گوناگونی نورون‌ها، در نمونه‌های کوچک، بهتر مشاهده شود. دکتر لو می‌خواهد با تکنولوژی SurfaceChIP-Seg، سلول‌های مغز بیماران اسکیزوفرنی و افراد سالم را با هم مقایسه کند. او امیدوار است تا تفاوت‌هایی را که در برنامه‌ریزی اپی‌ژنومی باعث اختلال در ارسال سیگنال اشتباه در این بیماری می‌شود، پیدا کند. دکتر شوممان نیز باور دارد می‌توان با استفاده از این تکنیک و روش‌های عکس‌برداری و نمونه‌برداری، درمان قطعی برای بیماری‌های عصبی یافت شود.
اگر ما ژنتیک و عوامل اپی‌ژنتیک مغز سالم و تغییرات نورولوژیکی بیماری‌های عصبی را به خوبی بشناسیم، با کمک تکنولوژی‌های جدید، می‌توانیم قبل از بروز عوارض جبران ناپذیر، آن را تشخیص داده و در صورت امکان، درمان کنیم.
