نقشههای ۴ بعدی ژنوم حرکت ژنها در زمان تقسیم سلولی را نشان میدهند
ارتباط ساختار ژنوم با عملکرد سلولی
برای درک این پیچیدگی، تیم پژوهشی چندین فناوری پیشرفته ژنومی را در قالب یک مجموعه داده یکپارچه ترکیب کرد. با توجه به اینکه هیچ روش واحدی قادر به توصیف کامل ساختار ژنوم نیست، پژوهش با دقت روشهای مکمل را ادغام کرد تا نقشه چهاربعدی شفاف و دقیق از سازماندهی ژنوم ارائه شود. این تحلیل بیش از ۱۴۰ هزار حلقه کروماتین در هر نوع سلول شناسایی کرد و عناصر مولکولی مسئول تثبیت این حلقهها و تنظیم فعالیت ژنها را مشخص نمود.
بیشتر بخوانید: کنترل تشنج با ترکیب امواج صوتی و ژندرمانی
برای مطالعه بیشتر: نشانگرهای سرمی جدید فعالیت ژنهای مغز را به سرعت و با دقت بالا رصد میکنند
طبقهبندی جامعی از حوزههای کروموزومی نیز ارائه شد که نشان میدهد این حوزهها در چه بخشهایی از هسته قرار دارند. مدلهای چهاربعدی با وضوح بالا در سطح تکسلولی ایجاد شد، که امکان مشاهده موقعیت هر ژن نسبت به ژنها و عناصر تنظیمی مجاور را برای دانشمندان فراهم میکند. این نقشهها همچنین نشان دادند که معماری ژنوم از یک سلول به سلول دیگر متفاوت است. نتایج حاکی است تغییرات در تا شدن DNA به طور مستقیم با فرآیندهای حیاتی سلولی مانند رونویسی و تکثیر DNA مرتبط است و به توضیح علت رفتار متفاوت سلولهای از نظر ژنتیکی مشابه کمک میکند.
پیشبینی بیماری بر اساس نقشه چهاربعدی ژنوم
فراتر از ترسیم نقشه ژنوم، پژوهشگران نقاط قوت و محدودیتهای تکنیکهای مختلف نقشهبرداری ژنوم را مورد سنجش قرار دادند و راهنمای عملی ارزشمندی برای مطالعات آینده پیرامون سازماندهی هسته سلول ارائه کردند. تیم تحقیقاتی ابزارهای محاسباتی توسعه داد که قادر است نحوه تا شدن ژنوم را بر پایه توالی DNA پیشبینی کند.
این بدان معناست که دانشمندان میتوانند بدون انجام آزمایشهای پیچیده آزمایشگاهی، پیشبینی کنند تغییرات ژنتیکی (بهویژه واریانتهای مرتبط با بیماری) چگونه ساختار ژنوم را تحت تاثیر قرار میدهند.
یئو اظهار داشت: «با توجه به اینکه بخش عمده واریانتهای مرتبط با بیماریهای انسانی در نواحی ژنوم قرار دارند، درک تاثیر این واریانتها بر بیان ژنهای حیاتی و نقش آنها در بیماریها ضروری است.» وی افزود: «نقشه چهاربعدی ژنوم چارچوبی قدرتمند برای پیشبینی ژنهایی است که احتمالا تحت تاثیر این واریانتهای بیماریزا قرار میگیرند.»
این رویکرد میتواند شناسایی جهشهای بیماریزا را تسریع کرده و مکانیزمهای پنهان پشت اختلالات ارثی، سرطانها و ناهنجاریهای توسعهای را آشکار سازد. پژوهشگران امیدوارند این یافتهها روزی امکان توسعه درمانهایی را فراهم کند که بهطور مستقیم معماری ژنوم را هدف قرار دهند.
یئو خاطرنشان کرد: «با مشاهده تغییرات ژنوم چهاربعدی در انواع سرطانها، از جمله لوکمیا و تومورهای مغزی، هدف بعدی ما بررسی روشهای دقیق هدفگیری و تعدیل این ساختارها با استفاده از داروهایی مانند بازدارندههای اپیژنتیک است.»
نتایج این مطالعه در مجله معتبر Nature منتشر شده است.
